油藏?cái)?shù)值模擬(講稿2008)

重慶科技學(xué)院主講戚志林油氣藏?cái)?shù)值模擬NumericalReservoirSimulation教材及參考書（一）教材：張烈輝，《油氣藏?cái)?shù)值模擬基本原理》，石油工業(yè)出版社，2005（二）參考書：（1）陳月明，《油藏?cái)?shù)值模擬基礎(chǔ)》，石油工業(yè)出版社，1996；（2）韓大框，《油藏?cái)?shù)值模擬基礎(chǔ)》，石油工業(yè)出版社，1994；（3）李允，《油藏模擬》，石油工業(yè)出版社，1998；（4）李福凱編著《黑油和組分模型的應(yīng)用》，石油工業(yè)出版社，1996油藏模擬方法概述

油藏流體及其與巖石作用的復(fù)雜性

巖石非均質(zhì)性及孔隙結(jié)構(gòu)（孔道大小、孔隙之間關(guān)系）油、氣和水的組分各不相同，各組分間存在相間傳質(zhì)，流體性質(zhì)隨溫度、壓力的變化很大油層中的流體與巖石相互作用產(chǎn)生物理化學(xué)現(xiàn)象如擴(kuò)散、吸附等各種提高采收率方法的使用，如熱力采油、化學(xué)驅(qū)、混相驅(qū)以及各種增產(chǎn)措施如酸化等第一章緒論油藏模擬方法概述

直接觀察法直接在礦場上進(jìn)行某一實(shí)驗(yàn)或取得資料，已方便分析,如鉆觀察井、井下測試、井下電視、巖心實(shí)驗(yàn)、開辟生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)區(qū)等優(yōu)點(diǎn)：直觀、準(zhǔn)確缺點(diǎn)：存在一定的局限性，它是在一種比較粗略的平均值概念的基礎(chǔ)之上來研究油藏，它不能恰當(dāng)?shù)目紤]油藏參數(shù)和流體參數(shù)隨時(shí)間的變化和沿空間的分布，實(shí)驗(yàn)成本高，周期長，不能重復(fù)進(jìn)行。研究方法直接觀察法油藏模擬方法油藏模擬方法概述油藏模擬方法模擬物理模擬數(shù)學(xué)模擬油藏?cái)?shù)值模擬模擬就是用模型來研究物理過程，而油藏模擬就是用油藏模型來研究油藏中流體的滲流規(guī)律。油藏模擬包括物理模擬和數(shù)學(xué)模擬。物理模擬就是根據(jù)同類現(xiàn)象和相似現(xiàn)象的一致性，利用物理模型來觀察和研究其原型或原現(xiàn)象的規(guī)律性物理模型比例模型原體模型比例模型（相似模型）即根據(jù)相似原理，把自然界中的原型按比例縮小，制成物理模型，使原型中的物理過程按一定的相似關(guān)系在模型中再現(xiàn)，由此人們可以通過短期的小型試驗(yàn)，迅速和直觀地觀測到油層中的滲流規(guī)律，測定所需參數(shù)，以便用來指導(dǎo)開發(fā)實(shí)踐。為了使模型中的物理過程和原模型相似，除了使模型的幾何形態(tài)與所要研究的油藏區(qū)塊相似外，還必須從流體力學(xué)的理論出發(fā)，根據(jù)相似原理，提出相似準(zhǔn)數(shù)，實(shí)現(xiàn)流體力學(xué)相似。這樣從理論上講，模擬后所得的規(guī)律應(yīng)該與原模型的規(guī)律相似，將相似的模型所得結(jié)果經(jīng)過還原就可直接應(yīng)用于原模型。油藏模擬方法概述

缺點(diǎn)：完全的比例模型建造時(shí)很困難，甚至是不可能的。優(yōu)點(diǎn)：比例模型的結(jié)果可直接用于油田.比例模型原體模型在原體模型中，實(shí)驗(yàn)是由實(shí)際的油藏巖石和流體構(gòu)成。實(shí)驗(yàn)時(shí)不按相似關(guān)系進(jìn)行模擬因而所得結(jié)果不能直接定量地推廣到實(shí)際油田。但這種模型通?？捎脕硌芯坑筒貎?nèi)各種物理現(xiàn)象的機(jī)理并回答關(guān)于油藏機(jī)理的一些基本問題油藏模擬方法概述油藏模擬方法概述數(shù)學(xué)模擬數(shù)學(xué)模型：就是從物理現(xiàn)象中抽象出來描述油藏真實(shí)物理過程的數(shù)學(xué)方程式或方程組，與物理模型不一樣，它不是一個(gè)實(shí)體模型。數(shù)學(xué)模擬：就是通過求解某一數(shù)學(xué)模型來再現(xiàn)這個(gè)物理過程變化規(guī)律的方法。物理模型就是從物理現(xiàn)象中抽象出來描述油藏真實(shí)物理過程的數(shù)學(xué)方程式或方程組，與物理模型不一樣，它不是一個(gè)實(shí)體模型數(shù)學(xué)模型求解方法

解析法油藏?cái)?shù)值模擬方法解析法

優(yōu)點(diǎn)：解析解、精確解。易于得到比較明確的物理概念。缺點(diǎn)：只能解一些比較簡單的滲流問題，如考慮各種復(fù)雜因素的滲流問題，如油層復(fù)雜的非均質(zhì)變化及多維多相多組分的滲流問題、各提高采收率新方法如火燒油層、注蒸汽、注化學(xué)劑等驅(qū)油過程油藏模擬方法概述

油藏?cái)?shù)值模擬就是通過滲流微分方程方程借用大型計(jì)算機(jī)，計(jì)算數(shù)學(xué)的求解，結(jié)合油藏地質(zhì)、油藏工程、試井等再現(xiàn)油田開發(fā)的實(shí)際過程，由來解決油田實(shí)際問題。油藏模擬方法概述

物理模擬和數(shù)學(xué)模擬的比較物理模擬優(yōu)點(diǎn):保持模擬原型的物理本質(zhì)缺點(diǎn):嚴(yán)格的物理模型難以建造花費(fèi)大量的人力、物力實(shí)驗(yàn)周期長測量技術(shù)存在困難數(shù)學(xué)模擬優(yōu)點(diǎn)：周期短、見效快、適用廣泛兩者聯(lián)系（雙模）物理模擬可用于機(jī)理研究，為數(shù)學(xué)模擬提供必要的參數(shù)，驗(yàn)證數(shù)學(xué)模型的結(jié)果。數(shù)學(xué)模型考慮各種復(fù)雜因數(shù)，通過求解得到油藏參數(shù)油藏模擬方法概述

油藏模擬的主要內(nèi)容建立數(shù)學(xué)模型建立數(shù)值模型建立計(jì)算機(jī)模型建立一套描述油藏流體滲流的偏微分方程組。完整的數(shù)學(xué)模型包括定解條件（初始條件和邊界條件）。偏微分方程組非線性有限差分方程組線性代數(shù)方程組離散化線性化將各種數(shù)學(xué)模型的計(jì)算方法編制成計(jì)算機(jī)程序，用計(jì)算機(jī)計(jì)算各種結(jié)果。油藏模擬方法概述

基本步驟1）油藏描述

一般的描述來源于

地震

在同樣的層系研究其它的油藏

（巖層）露頭

—主要沉積單元的相關(guān)性

用測井和巖心數(shù)據(jù)識別可以視為隔層的低滲/低孔帶。劃分油藏層系。

—方向滲透率和砂體的連續(xù)性

采用壓力穩(wěn)態(tài)測試方法如：干擾試井，壓力恢復(fù)或壓力降落試井識別方向滲透率，裂縫或控制流體運(yùn)動(dòng)的孔道。

評價(jià)可能存在的層理的程度

評價(jià)層間（區(qū)域）的縱向連通性

評價(jià)注入井和生產(chǎn)井之間砂體的連通程度油藏模擬方法概述

基本步驟

—流動(dòng)特征

如果可能的話，用原始狀態(tài)的巖心或恢復(fù)原始狀態(tài)的巖心獲得相對滲透率和毛管壓力關(guān)系

評價(jià)注入流體對巖石特征的影響

—每一層的空隙度和滲透率分布

用巖心數(shù)據(jù)和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)建立等值圖以顯示每一層的孔隙度和滲透率平面分布

確定空隙度和滲透率是否相關(guān)

確定是否存在橫向的連續(xù)性

劃分油藏為許多網(wǎng)格塊

2）模型的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

—如果適當(dāng)?shù)脑挘瑢τ筒胤謪^(qū)。

—確定維數(shù)，層數(shù)和實(shí)際的網(wǎng)格塊

—選擇網(wǎng)格類型以便網(wǎng)格邊界與地質(zhì)研究所確定的油藏特征（如隔層）重合油藏模擬方法概述

基本步驟

3）網(wǎng)格尺寸的敏感性

—研究網(wǎng)格尺寸對油藏的敏感性

—用擬函數(shù)方法考慮在每一模擬層內(nèi)的層序和數(shù)值彌散

—確定網(wǎng)格尺寸4）歷史擬合

—通過歷史擬合油田壓力和開采動(dòng)態(tài)證實(shí)和完善油藏描述

—如果要做大的油藏描述改動(dòng)必須咨詢地質(zhì)學(xué)家。因?yàn)橛筒啬M中多解性是可能的，工程師應(yīng)該尋求最合理的情況.—評價(jià)油藏動(dòng)態(tài)對隔層穩(wěn)定性變化的敏感性5）動(dòng)態(tài)預(yù)測—選擇最好地?cái)M合油田動(dòng)態(tài)的模型作為基礎(chǔ)模型油藏模擬方法概述

基本步驟

—用該模型計(jì)算各種操作方案并與基礎(chǔ)模型方案進(jìn)行比較，例如：

改變注入量

氣頂虧空的管理(氣體注入和泄壓)

加密井

優(yōu)化注入井和生產(chǎn)井井位

改變生產(chǎn)量6）準(zhǔn)備油藏管理的計(jì)劃

—鉆新井的計(jì)劃

—對該管理程序的未來評價(jià)計(jì)劃

—什么時(shí)候以及怎樣調(diào)節(jié)生產(chǎn)井和注入井7）對附加數(shù)據(jù)的評價(jià)計(jì)劃

—重復(fù)步驟4-6

為什么要進(jìn)行油藏?cái)?shù)值模擬

由于研究和開發(fā)一個(gè)油田是一個(gè)復(fù)雜的綜合性科學(xué)技術(shù)問題，人們靠經(jīng)驗(yàn)和利用一些簡單的計(jì)算公式、物質(zhì)平衡、瑪斯蓋特方法、巴克雷和D皮爾遜的前緣推進(jìn)理論、克雷格等注水動(dòng)態(tài)預(yù)測都不能解決一個(gè)復(fù)雜油田研究問題，即使人們可以輔助以物理模型和小區(qū)塊的現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)來進(jìn)行油田開發(fā)科學(xué)研究，但投資大而且時(shí)間長。為了減少盲目性，使用油藏?cái)?shù)值模擬技術(shù)來做嚴(yán)密的科學(xué)計(jì)算，用數(shù)學(xué)模型原理再現(xiàn)油藏地下真實(shí)動(dòng)態(tài)，可以反復(fù)多次開發(fā)，求得合理開發(fā)油田定性的半定量的解，這樣時(shí)間短花錢少。由誰來做油藏?cái)?shù)值模擬

油藏?cái)?shù)值模擬是一門綜合性很強(qiáng)的科學(xué)技術(shù)，它涉及的知識領(lǐng)域很廣，包括油田地質(zhì)學(xué)、油層物理學(xué)、油藏工程學(xué)、采油工程學(xué)、數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和油藏?cái)?shù)值模擬程序。要做好一個(gè)模擬，需要上述方面專家配合，尤其需要一個(gè)能熟練掌握上述領(lǐng)域的有豐富經(jīng)驗(yàn)的油藏工程專家完成油藏模擬工作。什么時(shí)候開始做模擬在編制油田開發(fā)方案和研究油田開采機(jī)理需要答案和結(jié)果及一般的常規(guī)計(jì)算解決不了問題的時(shí)侯，開始做油藏?cái)?shù)值模擬怎樣做油藏?cái)?shù)值模擬

明確油藏工程問題

在模擬工作開始時(shí)，根據(jù)油田開發(fā)問題的提出，進(jìn)一步明確油藏模擬目的和要求。

選擇油藏模擬器

根據(jù)對油藏滲流機(jī)理的正確分析，考慮儲(chǔ)層巖石性質(zhì)、油藏流體性質(zhì)（氣、凝析氣、揮發(fā)油、黑油或稠油）、開采條件、注入流體（水、氣、化學(xué)劑）等。

模擬策略

是指既要解決提出的油藏工程問題，又要具體地模型化，大體可分為以下幾種：

1）全油藏整體模擬

2）全油藏整體考慮分塊模擬

3）面向全油田的典型區(qū)塊模擬采用那種策略，以考慮油藏大小、井?dāng)?shù)、計(jì)算機(jī)容量、速度、資料準(zhǔn)確度和經(jīng)費(fèi)預(yù)算等，具體問題具體對待，做到既準(zhǔn)而快。怎樣做油藏?cái)?shù)值模擬

工作量進(jìn)度

大體根據(jù)油藏幾何形態(tài)大小、單井控制井網(wǎng)多少，粗略估算計(jì)算模擬工作量。

計(jì)算機(jī)時(shí)=（cpu時(shí)間/網(wǎng)格

時(shí)間步）

網(wǎng)格總數(shù)

時(shí)間步數(shù)

運(yùn)行次數(shù)。按上述公式可計(jì)算歷史擬合每次運(yùn)行花

cpu時(shí)間，按一般擬合30-50次計(jì)算，一星期擬合23次計(jì)算，大約怎樣做油藏?cái)?shù)值模擬需4-6個(gè)月時(shí)間，而整體模擬還需0.5倍時(shí)間，比沒有歷史擬合的模擬需多花2-3倍的時(shí)間（模型的規(guī)模為幾十口井，幾千個(gè)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)）左右。

經(jīng)費(fèi)概算

包括人工費(fèi)和機(jī)時(shí)費(fèi)計(jì)算機(jī)模擬能回答那些問題

一個(gè)油田應(yīng)該怎樣開發(fā)和開采才能獲得最大的原油經(jīng)濟(jì)采收率？

什么是最好的提高原油采收率的方案？怎樣實(shí)施、什么時(shí)候?qū)嵤?/p>

為何油藏的實(shí)際動(dòng)態(tài)與以前油藏工程或油藏模擬研究所做的預(yù)測不一致？

什么是油田最終的經(jīng)濟(jì)采收率?

模擬要求什么類型實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)?模型預(yù)測對各種不同類型的數(shù)據(jù)是否敏感?

是否有必要做油藏物理模擬研究?物理模擬的結(jié)果怎樣推擴(kuò)到油田中應(yīng)用?

在一個(gè)開采方案的油田應(yīng)用中，應(yīng)該測試的重要參數(shù)是什么?

什么是最佳的完井方案?

目前的開采在油藏的什么區(qū)域?油藏?cái)?shù)值模擬應(yīng)用--黑油模型的應(yīng)用

1模擬初期開發(fā)方案實(shí)施方案的可行性評價(jià)選擇井網(wǎng)、開發(fā)層系、井?dāng)?shù)和井位選擇注水方式對比不同的產(chǎn)量效果油藏和流體性質(zhì)的敏感性研究

2對已開發(fā)油田歷史模擬證明地質(zhì)儲(chǔ)量，確定基本的驅(qū)替機(jī)理確定產(chǎn)液量和生產(chǎn)周期確定油藏和流體特性指出問題、潛力所在區(qū)域

3動(dòng)態(tài)預(yù)測評價(jià)提高采收率的方法油藏?cái)?shù)值模擬應(yīng)用--黑油模型的應(yīng)用

（1）一次采油（2）注水、注氣（3）注聚合物、注膠束、注表面活性劑（4）注CO2和其它混相驅(qū)（5）注蒸汽、火燒研究剩余油飽和度分布（1）研究剩余油飽和度分布范圍和類型（2）單井進(jìn)行調(diào)整，改變液流方向、改變注采井別、改變注水層位（3）擴(kuò)大水驅(qū)油效率和波及系數(shù)（4）回答油田開發(fā)中所遇到的問題及解決問題的方法評價(jià)潛力和提高采收率的方法

（1）確定井位、加密井的位置（2）確定產(chǎn)量、開采方式（3）確定地面和井的設(shè)備油藏?cái)?shù)值模擬應(yīng)用--黑油模型的應(yīng)用4專題和機(jī)理問題的研究對比注水、注氣和天然枯竭開采動(dòng)態(tài)研究各種注水方式的效果研究井距、井網(wǎng)對油藏動(dòng)態(tài)的影響研究不同開發(fā)層系對油藏動(dòng)態(tài)的影響研究在各種不同開發(fā)方案的各種指標(biāo)研究單井產(chǎn)量對采收率的影響研究注水速度對產(chǎn)油量和采收率的影響研究油藏平面性質(zhì)和層間非均質(zhì)性對油藏動(dòng)態(tài)的影響驗(yàn)證油藏的面積和地質(zhì)儲(chǔ)量檢驗(yàn)油藏?cái)?shù)據(jù)為談判和開發(fā)提供必要的數(shù)據(jù)30年代

用于簡單的油藏動(dòng)態(tài)計(jì)算，預(yù)測采收率等40年代

以解析解為主，研究“液體驅(qū)替機(jī)理”、“孔隙介質(zhì)中的均質(zhì)液體流動(dòng)“、“油藏流動(dòng)問題中的Laplace轉(zhuǎn)換”等零維物質(zhì)平衡法50年代

Bruce、Peaceman等人發(fā)展了將數(shù)值方法演變?yōu)橄鄬Ω呒壍挠?jì)算機(jī)程序

導(dǎo)出對非均質(zhì)孔隙介質(zhì)中兩維和三維瞬間多相滲流的有限差分方程，從而開始了數(shù)值模型

突出代表著“油層系統(tǒng)中非穩(wěn)態(tài)流動(dòng)的處理”60年代

Coats等致力于氣水兩相、黑油油藏問題的求解

主要以黑油模型為主，考慮重力、毛管力、粘度的流體流動(dòng)規(guī)律油藏模擬國內(nèi)外發(fā)展概況（國外）油藏模擬國內(nèi)外發(fā)展概況（國外）70年代產(chǎn)生了錐進(jìn)模型、擬函數(shù)技術(shù)

IMPES和半隱式點(diǎn)松弛和D4直接解法80年代

發(fā)展成為一門成熟的技術(shù)，進(jìn)入商品化階段，用于衡量：油田開發(fā)好壞、預(yù)測投資效應(yīng)、提高采收率、對比開發(fā)方案，大到一個(gè)油公司，小到一個(gè)企業(yè)普遍使用；形成了可以處理各種復(fù)雜問題的模型：黑油模型、天然裂縫模型、組份模型、熱采模型、化學(xué)驅(qū)模型

模型向多功能大型一體化方向發(fā)展石油價(jià)格的劇烈上漲為油田小型實(shí)驗(yàn)提供了資金高速大容量計(jì)算機(jī)問世硬件飛速發(fā)展油藏模擬國內(nèi)外發(fā)展概況（國外）80年代末-90年代：

油藏模擬向全隱式、向量化發(fā)展差分解法：全隱式、SEQ、AIM

數(shù)值解法：

SOR、D4、ILUC、RSVP

模型技術(shù)：自適應(yīng)技術(shù)、局部網(wǎng)格加密技術(shù)、自動(dòng)擬合技術(shù)、工作站一體化技術(shù)、水平井技術(shù)、復(fù)雜油田模擬技術(shù)計(jì)算技術(shù)迅猛發(fā)展、計(jì)算方法大量推出

小型機(jī)------巨型機(jī)-------超小型機(jī)

體積小、內(nèi)存大、價(jià)格低、速度快、易于維護(hù)

圖形、輸入輸出形象化計(jì)算機(jī)發(fā)展迅速加速模擬發(fā)展油藏模擬國內(nèi)外發(fā)展概況（國內(nèi)）60年代

由大慶電模擬發(fā)展到二維二相70年代

發(fā)展了簡化的三相黑油模型80年代初期

引進(jìn)巖心公司黑油模型和組份模型中期

北京院自行研制黑油模型后期

北京院在引進(jìn)模型的基礎(chǔ)上發(fā)展了：多功能矢量模型組份模型熱采模型裂縫模型

主要研究成果：全隱技術(shù)、隱式井底壓力技術(shù)、RSVP技術(shù)、向量化技術(shù)等

對于即將要建立的描述多相流體流動(dòng)的微分方程會(huì)涉及到下列的性質(zhì)： 體積系數(shù)

(Bo,Bg,Gw)

溶解油氣比

(Rs)

粘度(uo,ug,uw)

孔隙度

(f)

巖石壓縮系數(shù)

(cR)

滲透率(k)

相對滲透率

(kro,krg,krw)

毛管壓力(Pcow,Pcgo)流體性質(zhì)第二章數(shù)學(xué)模型巖石和流體性質(zhì)氣相密度

流體性質(zhì)--PVT關(guān)系式中

r = 密度

p = 壓力

M = 摩爾重量

(=28.9G) G = 氣體重度

R = 氣體常數(shù)

T = 絕對溫度

Z = 壓縮因子流體性質(zhì)--PVT關(guān)系體積系數(shù)油水氣

流體性質(zhì)--PVT關(guān)系溶解油氣比水體積系數(shù)流體性質(zhì)--PVT關(guān)系

Z=f(氣體組成、壓力、溫度）Z可由對比溫度、對比壓力關(guān)系式計(jì)算或由狀態(tài)方程求得如下圖所式氣體偏差因子Z流體性質(zhì)--PVT關(guān)系氣體粘度巖石性質(zhì)孔隙度滲透率巖石/流體性質(zhì)--毛管壓力

Pc=pn-pwPcow=f(Sw)Pcog=f(Sg)典型的毛管壓力曲線krw=f(Sw)krg=f(Sg) kro=f(Sw,Sg)巖石/流體性質(zhì)---相滲曲線典型的Kr曲線圖油水系統(tǒng)油氣系統(tǒng)模型I模型II油、氣、水三相時(shí)油相的相滲計(jì)算Stone模型I和II計(jì)算的三相KroStone模型I和II計(jì)算的三相Kro第二章數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型的分類按模型的相劃分類型單相流模型兩相流模型三相流模型第二章數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型的分類按模型的維數(shù)劃分類型零維模型一維模型二維模型三維模型

第二章數(shù)學(xué)模型第二章數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型的分類按油藏類型劃分模型氣藏模型。黑油模型凝析油藏(輕質(zhì)油藏模型)第二章數(shù)學(xué)模型建立數(shù)學(xué)模型的步驟確定所要求解的問題。確立各種油藏參數(shù)的限制條件確定未知量和其它參數(shù)之間的關(guān)系，根據(jù)相互關(guān)系建立流體在多孔介質(zhì)中流動(dòng)的滲流微分方程。確定油藏的定解條件第二章數(shù)學(xué)模型質(zhì)量守衡定律—單相流Dt

時(shí)間內(nèi)，在面x處通過控制體積表面的質(zhì)量流量Dt

時(shí)間內(nèi)，在面x+x處通過控制體積表面的質(zhì)量流量質(zhì)量守恒方程:[流入]-[流出]=[質(zhì)量累積變化]Dt

時(shí)間內(nèi),由于壓縮產(chǎn)生的質(zhì)量累積變化Dt

時(shí)間內(nèi),由于源匯項(xiàng)q引起的質(zhì)量增加或減少微分算子設(shè)向量V在x,y,z三個(gè)方向的分量為Vx,Vy,Vz,,如圖所式xzyVVxVzVy微分算子V=Vxi+Vyj+Vzk

即式中:i,j,k為直角坐標(biāo)下的單位矢量

則向量的散度由下式給出:微分算子則向量的梯度由下式給出:微分算子Laplace算子算子相互作用例子單相流微分方程通用表達(dá)式質(zhì)量守恒—多相流第二章數(shù)學(xué)模型黑油模型第二章數(shù)學(xué)模型達(dá)西定律—單相流達(dá)西定律—多相流其中:l=o，g，w第二章數(shù)學(xué)模型基本流動(dòng)方程—單相流右邊項(xiàng)的簡化：綜合壓縮系數(shù)單相流流動(dòng)方程第二章數(shù)學(xué)模型基本流動(dòng)方程—多相流兩相非混相流體油相基本流動(dòng)方程：水相基本流動(dòng)方程：輔助方程第二章數(shù)學(xué)模型基本流動(dòng)方程—多相流三相黑油模型黑油模型的概念由“甲烷“及重質(zhì)碳?xì)浠衔锝M分所組成的低揮發(fā)油藏系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，這種數(shù)學(xué)模型，我們稱之為簡化的兩組分烴類模型或是黑油模型.黑油模型是目前油藏模擬中發(fā)展最完善，最成熟的模型，實(shí)際上所有常規(guī)油田的開發(fā)問題，都可以用它來進(jìn)行模擬，所以它也是目前應(yīng)用最為廣泛的模型黑油模型的基本假設(shè)模型中的滲流是等溫滲流；油藏中最多只有油氣水三相，每一相的滲流均遵守達(dá)西定律；油藏?zé)N類中含有油氣兩個(gè)組分，油組分是在大氣壓下經(jīng)過差異分離或殘存下來的液體，而氣組分是指全部分離出來的天然氣。在油藏狀況下，油氣兩種組分可形成油氣兩相，油組分完全存在于油相中，氣組分則可以以自由氣的方式存在于氣相內(nèi)，也可以以溶解氣的方式存在于油相中，所以地層內(nèi)油相應(yīng)為油組分和氣組分的某種組合。在常規(guī)的黑油模型中，一般不考慮油組分的揮發(fā)；油藏中氣體的溶解和逸出是瞬間完成的，即認(rèn)為油藏中油氣兩相瞬時(shí)達(dá)到相平衡狀態(tài)；油水兩相，氣水兩相不互溶。水相：油相：氣相：輔助方程第二章數(shù)學(xué)模型定解條件:(1)外邊界條件(2)內(nèi)邊界條件(3)初始條件定壓定流量—封閉混合定產(chǎn)量定井底流壓定井口壓力外邊界條件—定壓ABC外邊界條件—定流量ABC外邊界條件—封閉ABC外邊界條件—混合ABC內(nèi)邊界條件—定產(chǎn)量

定井產(chǎn)量內(nèi)邊界條件—定井底流壓定井產(chǎn)量定解條件—初始條件第三章微分方程的離散化典型流動(dòng)方程—黑油模型黑油方程的典型表示忽略重力第三章微分方程的離散化導(dǎo)數(shù)的差商逼近考察函數(shù)u(x),其自變量的一階導(dǎo)數(shù)可定義為下面的各種極限前差商中心差商后差商一階偏導(dǎo)數(shù)的差商逼近一階向前差商一階向前差商對函數(shù)u(x+x)在x處進(jìn)行Talor級數(shù)展開得:忽略一階小量0(x)得下式一階向后差商一階向后差商對函數(shù)u(x-x)在x處進(jìn)行Talor級數(shù)展開得:忽略一階小量0(x)得下式一階中心差商一階中心差商忽略二階小量0(x2)x-xxx+xABC一階偏導(dǎo)數(shù)差商逼近的幾何解釋XY二階偏導(dǎo)數(shù)的差商逼近忽略二階小量0(x2)標(biāo)準(zhǔn)二階差商逼近型如:的差商逼近x-x’xx+x’’(x’+x’’)/2

x’

x’’不等距網(wǎng)格上二階差商示意圖其中:上式即為的差商表達(dá)式,可以證明其誤差也是取,且，則上式變?yōu)?網(wǎng)格系統(tǒng)油藏ab油藏有效網(wǎng)格無效網(wǎng)格。(i,j)。。(i,j)網(wǎng)格系統(tǒng)常規(guī)網(wǎng)格系統(tǒng)非常規(guī)網(wǎng)格系統(tǒng)塊中心網(wǎng)格點(diǎn)中心網(wǎng)格局部網(wǎng)格加密混合網(wǎng)格加密多邊形網(wǎng)格網(wǎng)格系統(tǒng)--塊中心網(wǎng)格i,ji+1,ji-1,ji,j-1i,j+1xyxixi+1xi+1yj+1yjyj+1定流量或封閉網(wǎng)格系統(tǒng)--點(diǎn)中心網(wǎng)格i,ji+1,ji-1,ji,j-1i,j+1xyxixi-1xi+1yj+1yjyj-1定壓邊界非常規(guī)網(wǎng)格系統(tǒng)--局部網(wǎng)格加密非常規(guī)網(wǎng)格系統(tǒng)--混合網(wǎng)格加密非常規(guī)網(wǎng)格系統(tǒng)--混合網(wǎng)格加密有限差分方程的建立--空間離散考慮二維橢圓型微分方程：有限差分方程的建立--空間離散五點(diǎn)差分格式：i-1,ji,ji+1,ji,j-1i,j+1網(wǎng)格排序按行的自然排序按列的自然排序矩陣AP=fwiaijbijcijdijeij二維自然排列時(shí)五對角矩陣結(jié)構(gòu)示意圖考察一維橢圓型流動(dòng)方程:有限差分方程的建立--空間離散有限差分方程的建立--空間離散有限差分方程的建立--空間離散類似于二維展開得代數(shù)方程組:有限差分方程的建立--空間離散上式中:aijbijcij一維自然排列時(shí)三對角矩陣結(jié)構(gòu)示意圖考察三維橢圓型流動(dòng)方程:有限差分方程的建立--空間離散類似于二維展開得代數(shù)方程組:有限差分方程的建立--空間離散aijbijcijdijeij三維自然排列時(shí)七對角矩陣結(jié)構(gòu)示意圖gijfij空間離散的物理意義簡記空間離散的物理意義累積項(xiàng)的變化=流入–流出差分方程的建立--時(shí)間離散1.顯示差分格式將三維單相微可壓縮流體的數(shù)學(xué)模型簡化為一維拋物方程：差分方程的建立--時(shí)間離散顯示差分格式差分方程的建立--時(shí)間離散令則上式變?yōu)?差分方程的建立--時(shí)間離散隱式差分格式仍以前面的一維拋物方程為例:差分方程的建立--時(shí)間離散令則上式變?yōu)?差分方程的建立--時(shí)間離散CN差分格式仍以前面的一維拋物方程為例:差分方程的建立--時(shí)間離散令則上式變?yōu)?差分方程的建立--時(shí)間離散回憶3.1中的典型流動(dòng)方程：差分方程的建立--時(shí)間離散時(shí)間變量離散化為:式中q

是加權(quán)因子。截?cái)嗾`差是：差分方程的建立--時(shí)間離散

當(dāng)

=1時(shí)，截?cái)嗾`差是最大的，這種離散格式通常之為顯示差分格式；

當(dāng)

=0時(shí)，這種離散格式通常稱為全隱式差分格式；

當(dāng)

=1/2時(shí)，截?cái)嗾`差最小，這種離散格式通常稱之為Crank-Nicholson差分格式。差分方程的穩(wěn)定性分析用有限差分方法求解微分方程時(shí)的實(shí)際誤差為：=截?cái)嗾`差十舍入誤差差分方程的穩(wěn)定性分析

設(shè)時(shí)刻的誤差為，時(shí)刻的誤差為，差分格式是穩(wěn)定的;,差分格式是不穩(wěn)定的若差分方程的穩(wěn)定性分析--調(diào)和分析法誤差傳播方程假設(shè)時(shí)段的誤差為，差分方程計(jì)算解為，則時(shí)刻的真解+差分方程的穩(wěn)定性分析--調(diào)和分析法代真解入上式得:差分方程的穩(wěn)定性分析--調(diào)和分析法差分方程的穩(wěn)定性分析--調(diào)和分析法誤差傳播方程差分方程的穩(wěn)定性分析--調(diào)和分析法穩(wěn)定性分析:將誤差展成fourier級數(shù)，取其中一項(xiàng)為，并將其寫成：式中：α—某一常數(shù)，可以是實(shí)數(shù)，也可以是復(fù)數(shù)

和分別為n+1和n時(shí)步的誤差分量，則稱令誤差放大因子差分方程的穩(wěn)定性分析--調(diào)和分析法

VonNeumann判別準(zhǔn)則

若｜ζ｜≤1，則誤差只能隨時(shí)間步的增加而減少，從而保證了差分方程的穩(wěn)定性。稱｜ζ｜≤1為差分方程的穩(wěn)定條件差分方程的穩(wěn)定性分析--調(diào)和分析法為方便起見,將改寫為:上式中差分方程的穩(wěn)定性分析--調(diào)和分析法隱式差分格式的穩(wěn)定性分析誤差傳播方程差分方程的穩(wěn)定性分析--調(diào)和分析法差分方程的穩(wěn)定性分析--調(diào)和分析法由于0所以｜ζ｜≤1恒成立，由VonNeumann判別準(zhǔn)則可知，隱式差分格式是無條件穩(wěn)定的。差分方程的穩(wěn)定性分析--調(diào)和分析法顯示格式的穩(wěn)定條件條件穩(wěn)定差分方程的穩(wěn)定性分析--調(diào)和分析法CN格式的穩(wěn)定條件無條件穩(wěn)定線性代數(shù)方程組的求解方法直接解法迭代解法高斯消元法Lu分解法三對角追趕法D4高斯消元法Jacobi迭代法Gauss-siedel迭代法松弛法(PSOR,LSOR)線性代數(shù)方程組的求解方法高斯消元法線性代數(shù)方程組的求解方法LU分解法線性代數(shù)方程組的求解方法三對角追趕法三對角追趕法三對角方程的一般式當(dāng)i=1時(shí),bi=0i=N時(shí),bN=0三對角追趕法c1d1b2c2d2b3c3d3

bN-1cN-1dN-1

bN

cNx1x2x3

xN-1xNg1g2g3

gN-1gN設(shè)代入第二個(gè)方程組設(shè)設(shè)則可得:按此方法推導(dǎo)小去,可得這幾個(gè)系數(shù)的通式:方程組的第N-1個(gè)方程消元并整理得:設(shè)代上式如第N個(gè)方程:同樣設(shè):即可得:上述消元過程稱為追趕法的追過程回代xN逐此回代,可得xi的計(jì)算公式為:按此公式可得到全部未知量的值.上述消元過程稱為追趕法的趕過程152131516314196174920718231210242111822D4解法152131516314196174920718231210242111822D4解法D4方法的矩陣結(jié)構(gòu)A1A2A3A5D4線性代數(shù)方程組的求解AX=BA1A2A3A4X1X2=B1B2線性代數(shù)方程組的求解-迭代法簡單迭代法簡單迭代法N階線性代數(shù)方程組a11x1+a12x2+a13x3++a1NxN=b1a21x1+a22x2+a23x3++a2NxN=b2

aN1x1+aN2x2+aN3x3++aNNxN=bN設(shè)aii不為零,則可將上式變?yōu)榈男问?簡單迭代法簡單迭代法給定初始值:代入上式右端可得第一次迭代值:

簡單迭代法將第一次的值代入迭代式可得:依次下去,可得第K次迭代的值:簡單迭代法簡單迭代法-迭代格式簡單迭代法-迭代格式Gauss-Deidel迭代法Gauss-Deidel迭代法設(shè)初始值代入上面第一個(gè)方程:求出x1(1),用第二個(gè)方程求x2(1)時(shí),不再象簡單迭代法那樣單純的將代入,而是用新算出的x1(1)代替x1(0),即Gauss-Deidel迭代法-迭代格式Gauss-Deidel迭代法-迭代格式超松弛迭代法(SOR)SOR法:

是在Gauss-Siedel迭代法的基礎(chǔ)之上發(fā)展起來的一種進(jìn)一步加快收斂速度的方法對方程組AX=b,G-S格式為:進(jìn)似解超松弛迭代法(SOR)設(shè)稱上式為余項(xiàng)超松弛迭代法(SOR)由G-S公式可知超松弛迭代法(SOR)在余項(xiàng)上ri(k)乘上一個(gè)系數(shù)

,用ri(k)來更好的改進(jìn)xi(k),從而使下一步迭代所得到的xi(k+1)能更加接近于所求的真解,加快迭代過程的收斂速度.即超松弛迭代法(SOR)松弛因子這種在余項(xiàng)上加一個(gè)松弛因子來加快收斂速度的方法就稱為松弛法超松弛迭代法(SOR)

1松弛法超松弛法G-S迭代法欠松弛法

1

=1點(diǎn)松弛法線松弛法超松弛迭代法-逐次點(diǎn)松弛(PSOR)考察二維橢圓型問題:五點(diǎn)差分格式超松弛迭代法-逐次點(diǎn)松弛(PSOR)

********JIj+1jj-1i-1ii+1超松弛迭代法-逐次點(diǎn)松弛(PSOR)1)寫出G-S迭代格式2)寫出松弛格式收斂條件已知已知已知已知未知超松弛迭代法-逐次線松弛(LSOR)

********JIj+1jj-1i-1ii+1超松弛迭代法-逐次線松弛(LSOR)1)寫出G-S迭代格式:

已知未知未知未知已知2)用三對角追趕法求解代數(shù)方程組超松弛迭代法-逐次線松弛(LSOR)3)寫出松弛格式收斂條件松弛因子的選取

計(jì)算最優(yōu)松弛因子的理論公式

試算法松弛因子的選取

試算法w迭代次數(shù)余量wwoptwopt第五章單相一維流動(dòng)的數(shù)值模擬單相一維流體的數(shù)學(xué)模型單相一維流體的數(shù)學(xué)模擬假設(shè):

流體微可壓縮;

不考慮重力影響和巖石壓縮性

一維直角坐標(biāo)或徑向流動(dòng)單相流體數(shù)學(xué)模型單相一維流體的數(shù)學(xué)模擬一維直角坐標(biāo)單相一維流體的數(shù)學(xué)模擬一維徑向坐標(biāo)單相一維流體的模擬單相一維流體在直角坐標(biāo)下的離散單相一維流體在直角坐標(biāo)下的離散空間離散空間離散

ii-1

i+1xi-1xixi+1xi-1/2xi+1/2一維不等距網(wǎng)格系統(tǒng)單相一維流體在直角坐標(biāo)下的離散時(shí)間離散時(shí)間離散其中:n表示上一個(gè)時(shí)間步單相一維流體在直角坐標(biāo)下的離散將空間離散項(xiàng),時(shí)間離散項(xiàng)代入微分方程,并兩邊同乘Axi單相一維流體在直角坐標(biāo)下的離散其中:

單相一維流體在直角坐標(biāo)下的離散單相一維流體在直角坐標(biāo)下的離散有限差分符號的引入單相一維流體在直角坐標(biāo)下的離散其中:S=X,Y,Z(或R,,Z),或?qū)?yīng)于m=i,j,k單相一維流體在直角坐標(biāo)下的離散mm-1m+1m-1/2m+1/2單相一維流體在直角坐標(biāo)下的離散簡化的差分方程單相一維流體在直角坐標(biāo)下的離散其中:單相一維流體在直角坐標(biāo)下的離散線性化處理方法線性化處理方法--顯示處理方法線性化處理方法--顯示處理方法令:線性化處理方法--顯示處理方法線性化處理方法--半隱式處理方法線性化處理方法--全隱式處理方法其中:n+1為時(shí)步,k+1為迭代步單相流體在二維流動(dòng)模擬假設(shè):

流體微可壓縮;

不考慮重力影響和巖石壓縮性

一維直角坐標(biāo)或徑向流動(dòng)單相流體數(shù)學(xué)模型單相流體在二維流動(dòng)模擬直角坐標(biāo)下二維平面模型單相流體在二維直角坐標(biāo)下的離散xy單相流體在二維坐標(biāo)下模擬單相流體在二維流動(dòng)模擬二維直角坐標(biāo)下的離散單相流體在二維流動(dòng)模擬單相流體在二維流動(dòng)模擬單相流體在二維流動(dòng)模擬單相流體在二維流動(dòng)模擬顯示處理傳導(dǎo)率:單相流體在二維流動(dòng)模擬線形代數(shù)方程組單相流體在二維流動(dòng)模擬單相流體在二維流動(dòng)模擬單相流體在二維流動(dòng)模擬顯式處理傳導(dǎo)率:單相流體在二維流動(dòng)模擬線形代數(shù)方程組第四章單相流體一維流動(dòng)的模擬傳導(dǎo)率及邊界條件的處理第四章單相流體一維流動(dòng)的模擬

傳導(dǎo)率的處理算術(shù)平均幾何平均調(diào)和平均第四章單相流體一維流動(dòng)的模擬邊界條件的處理(外邊界)定壓邊界點(diǎn)中心網(wǎng)格第四章單相流體一維流動(dòng)的模擬邊界條件的處理(外邊界)封閉邊界塊中心網(wǎng)格第四章單相流體一維流動(dòng)的模擬邊界條件的處理(內(nèi)邊界)第四章單相流體一維流動(dòng)的模擬邊界條件的處理(內(nèi)邊界)1.定產(chǎn)條件(q)定產(chǎn)油量定產(chǎn)液量定產(chǎn)氣量生產(chǎn)井定注氣量定注水量注入井第四章單相流體一維流動(dòng)的模擬邊界條件的處理(內(nèi)邊界)定壓條件定井底流壓定井口壓力qttPwf第四章單相流體一維流動(dòng)的模擬若把網(wǎng)格內(nèi)油井的生產(chǎn)近似看成擬穩(wěn)態(tài)流動(dòng),則該網(wǎng)格的流動(dòng)服從平面徑向流公式,即綜合考慮彈性及表皮的影響等值半徑Re的計(jì)算方法(Peaceman)均勻油藏非均勻油藏第五章多相流數(shù)值模擬IMPES

SEQ

SS

第五章多相流數(shù)值模擬IMPES----隱式壓力顯式飽和度方法

(ImplicitPressure,ExplicitSaturation)第五章多相流數(shù)值模擬--IMPES

油水兩相滲流的數(shù)學(xué)模型油水兩相滲流的偏微分方程組輔助關(guān)系式簡化的油水二維二相滲流數(shù)學(xué)模型(忽略重力影響)油水兩相滲流微分方程的離散化油相水相將毛管壓力方程代入水相方程油水兩相離散為求解方便,求解上面的方程組時(shí)并不是直接求解n+1時(shí)步的壓力值Pn+1,飽和度值Swn+1等.,而是求解n步到n+1步的壓力增量值.如:油水兩相離散離散方程右端項(xiàng)的展開:

油水兩相離散整理油水兩相離散方程得:第五章多相流數(shù)值模擬--IMPESIMPES方法的基本假設(shè):

方程左端項(xiàng)中的毛管壓力在一個(gè)時(shí)間步長內(nèi)是不變的,即毛管壓力顯式求解,故Pcwo=0

左端達(dá)西項(xiàng)系數(shù),產(chǎn)量項(xiàng)采用顯式處理,即用上一時(shí)段的值.第五章多相流數(shù)值模擬--IMPES考查微分方程的離散形式:第五章多相流數(shù)值模擬--IMPES油方程右端的線性化處理:第五章多相流數(shù)值模擬--IMPES水方程右端的線性化處理:第五章多相流數(shù)值模擬--IMPES第五章多相流數(shù)值模擬--IMPES第五章多相流數(shù)值模擬--IMPES第五章多相流數(shù)值模擬--IMPES累積項(xiàng)的線形化處理第五章多相流數(shù)值模擬--IMPES第五章多相流數(shù)值模擬--IMPES第五章多相流數(shù)值模擬--IMPES通常認(rèn)為孔隙度是壓力的單元函數(shù)第五章多相流數(shù)值模擬--IMPES第五章多相流數(shù)值模擬--IMPES累積項(xiàng)系數(shù)的線形化顯示處理根據(jù)飽和度方程和毛管壓力的假設(shè)有:第五章多相流數(shù)值模擬--IMPES整理為線形代數(shù)方程組其中第五章多相流數(shù)值模擬--IMPESIMPES方法對差分方程的求解油相方程乘以

wn,+水相方程乘以on令線形代數(shù)方程組壓力方程其中顯示求解飽和度顯示求解飽和度或利用剛計(jì)算出來的壓力和飽和度的增量值一步壓力多步飽和度法第五章多相流數(shù)值模擬--IMPES第五章多相流數(shù)值模擬--IMPES求出n+1時(shí)步的壓力之后,把時(shí)間步長分為m段:第五章多相流數(shù)值模擬--IMPES半隱式方法Semi--ImplicitMethod第五章多相流數(shù)值模擬--IMPES全隱式方法FullyImplicitMethod第五章多相流數(shù)值模擬--IMPESSEQ方法SequentialSolutionMethod第五章多相流數(shù)值模擬--IMPES主要參數(shù)的處理第五章多相流數(shù)值模擬--IMPES第五章多相流數(shù)值模擬--IMPES

非線形分類

強(qiáng)非線性

若非線性第五章多相流數(shù)值模擬--IMPES

主要參數(shù)的處理

傳導(dǎo)率的處理

幾何因子的處理其中:A為垂直于節(jié)點(diǎn)長度

L方向的截面面積加權(quán)平均

滲透率的處理算術(shù)平均幾何平均調(diào)和平均加權(quán)平均

相對滲透率的處理(流體飽和度、孔隙結(jié)構(gòu)、潤濕性）：網(wǎng)格點(diǎn)取值決定于流動(dòng)方向，既取流動(dòng)方向的上游節(jié)點(diǎn)值，稱為流動(dòng)系數(shù)的上游權(quán)衡。W=1,如果流動(dòng)從mc(鄰點(diǎn)）到i(本點(diǎn)),即

l(mc)>=

l(i)0,如果流動(dòng)從i(本點(diǎn))到mc(鄰點(diǎn)）即

l(mc)〈=

l(i)ii-1i+1流動(dòng)方向網(wǎng)格示意圖

體積系數(shù)的處理：調(diào)和平均

粘度的處理：算術(shù)平均油氣藏地質(zhì)模型的建立油氣藏模擬所需的資料和數(shù)據(jù)涉及地質(zhì)、工程和生產(chǎn)多個(gè)方面，來源于油氣藏描述；油氣藏描述綜合地質(zhì)、地震、測井、巖心及滲流物性分析，試井試采理論和方法，各種實(shí)驗(yàn)分析化驗(yàn)數(shù)據(jù)，以及試采現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果建立起來的油氣藏地質(zhì)、物理、數(shù)學(xué)模型，為油氣藏?cái)?shù)值模擬工作提供原始輸入?yún)?shù)。精細(xì)油氣藏描述和精細(xì)地質(zhì)模型第八章油藏模擬的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備網(wǎng)格的選取

網(wǎng)格定向①因?yàn)橐粋€(gè)模型通常假定非流動(dòng)邊界，網(wǎng)格的界限要與天然的非流邊界相符合②網(wǎng)格的定向，應(yīng)包含有效的井位③網(wǎng)格的定向也必須考慮流體流動(dòng)的主要方向和油藏內(nèi)天然勢能梯度。④網(wǎng)格的定向應(yīng)該考慮油藏性質(zhì)的方向，也就是座標(biāo)系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)平行滲透率的主軸網(wǎng)格尺寸

網(wǎng)格選取將決定模擬過程的復(fù)雜程度和輸入數(shù)據(jù)的數(shù)量和格式，并受計(jì)算機(jī)能力的限制和成本因素的限制，所以網(wǎng)格尺寸大小的確定，應(yīng)盡可能取能夠描述油氣藏面貌的粗網(wǎng)格以降低計(jì)算費(fèi)用。亦可先做網(wǎng)格的敏感性分析來確定，相當(dāng)于在不同網(wǎng)格的數(shù)目下做一系列模擬計(jì)算直到計(jì)算結(jié)果在要求的精度范圍內(nèi)不變?yōu)橹褂筒啬M的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備建立模型需要的數(shù)據(jù)

油藏?cái)?shù)據(jù)；

流體性質(zhì)；

現(xiàn)場動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)；

提高采收率的考慮油藏?cái)?shù)據(jù)1)數(shù)據(jù)來源

(1)地震資料；(2)巖心分析；(3)測井；(4)試井?dāng)?shù)據(jù)。

1.構(gòu)造、大小，形狀，走向，連續(xù)性2.油藏的總厚度3.斷層和不連續(xù)性，如不整合削蝕4.裂縫密度和走向5.流體類型：氣體或流體6.井間層析技術(shù)可提供漏掉油的分布：用于提高原油采收率由地震資料獲取的信息1.地層巖性(砂巖，石灰?guī)r，白云巖等)2.沉積結(jié)構(gòu)(成層，交錯(cuò)層理，根結(jié)核，蟲孔)3.孔隙類型(儲(chǔ)存能力)4.滲透率(流動(dòng)能力)5.有油或無油(熒光分析)6.出現(xiàn)的地層和厚度(頂部和底部)7.地層的層序8.地層的年代，巖相，對比關(guān)系(生物地層)9.沉積環(huán)境10.裂縫情況11.成巖作用(沉積后的化學(xué)、物理和生物變化)

由巖心分析獲得的信息:地質(zhì)信息

1.孔隙度2.滲透率3.滲透率不均質(zhì)性4.孔隙度與滲透率的關(guān)系圖5.油層含水飽和度(油基泥漿取心)6.油層剩余油飽和度分布(保持壓力海棉取心筒取心7.井下測井計(jì)算標(biāo)定和修正的數(shù)據(jù)8.專門巖心分析相對滲透率/地層潤濕性毛管壓力(水的滯留性質(zhì))

孔隙容積壓縮系數(shù)巖石-注入流體的配伍性剩余氣(水圈閉的)由巖心分析獲得的信息:工程信息1.構(gòu)造頂部2.總厚度-有效厚度比3.孔隙度與深度的關(guān)系4.原始含水飽和度與深度的關(guān)系5.有無頁巖層6.氣-油界面和油-水界面深度7.井間對比情況(儲(chǔ)層的連續(xù)性，確定垂向分層)8.氣-油和油-水毛管壓力排驅(qū)曲線9.確定巖性

自測井取得的信息1.地層壓力2.有效滲透率-厚度乘積3.采油指數(shù)，注水指數(shù)，完井效率(井眼損害)4.井離斷層或不連續(xù)性的距離5.油藏的大小(砂巖的連續(xù)性)6.單孔隙或雙孔隙介質(zhì)系統(tǒng)7.井間滲透率的連續(xù)性干擾試井8.有無裂縫或高滲透性夾層

試井?dāng)?shù)據(jù)1.每一個(gè)油藏的構(gòu)造圖2.有效厚度和總厚度等值線圖，其中包括每一層的氣-油界面和油-水界面3.每一層的I/O孔隙度分布圖4.每一層的巖石區(qū)域分布圖5.每一層的流動(dòng)遮擋如斷層分布圖6.每一層的含水飽和度分布圖7.每一層的滲透率分布圖

模擬研究所需要的油藏信息油藏描述油藏模擬的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備流體性質(zhì)(PVT數(shù)據(jù))

(1)黑油或低收縮性油；

(2)揮發(fā)油或高收縮性油；

(3)氣體凝析油系統(tǒng)；

(4)氣體系統(tǒng)，包括濕氣和干氣原始流體系統(tǒng)

對黑油樣品進(jìn)行一系列的分析，將可求得以下資料：

(1)組成分析。

(2)恒定質(zhì)量研究：

a飽和壓力；

b壓力-體積關(guān)系；

c各種壓力下原油的壓縮系數(shù)；

(3)差壓汽化研究：

a溶解氣與壓力的函數(shù)關(guān)系；

b地層體積系數(shù)與壓力的函數(shù)關(guān)系；

c液體密度與壓力的函數(shù)關(guān)系；

d氣體比重與壓力的函數(shù)關(guān)系；

(4)平衡液相粘度的確定。

(5)分離閃蒸優(yōu)化研究：

a在室溫下生產(chǎn)氣-油比與分離器壓力的函數(shù)關(guān)系；

b根據(jù)室溫內(nèi)蒸石油確定的石油地層體系數(shù)；

c產(chǎn)出的氣體組成。

1.原油地層體積系數(shù)與地層壓力的關(guān)系

2.氣體地層體積系數(shù)與地層壓力的關(guān)系

3.水的地層體積系數(shù)與地層壓力的關(guān)系

4.原油粘度與壓力的關(guān)系

5.氣體粘度與壓力的關(guān)系

6.溶解氣與地層壓力的關(guān)系

7.水的粘度

8.原油的壓縮系數(shù)

9.水的壓縮系數(shù)

10.分離器條件下原油的地層體積系數(shù)

11.分離器條件下的溶解氣由實(shí)驗(yàn)室測定取得的黑油數(shù)據(jù)

對揮發(fā)油樣還應(yīng)當(dāng)完成以下分析，即恒定體積的降壓分析研究

a平衡氣相組成；

b產(chǎn)出井流所占百分比；

c平衡氣偏差系數(shù)；

d在飽和壓力以下至廢棄壓力的液體體積收縮率。揮發(fā)油提高原油采收率需要附加的油藏巖石數(shù)據(jù)1.混相驅(qū)(CO２，烴)(1)巖石潤濕性的變化

(2)對相對滲透率的影響(Sor)2.化學(xué)驅(qū)(聚合物，表面活性劑)(1)油藏巖石的聚合物和表面活性劑吸附量

(2)聚合物的殘余阻力系數(shù)(吸附作用對巖石滲透率的影)(3)聚合物不能進(jìn)入的孔隙體積

(4)巖石與注入流體的離子交換能力

(5)表面活性劑對相對滲透率(Sor)的影響3.熱驅(qū)(蒸汽驅(qū))(1)隨溫度變化的相對滲透率曲線

(2)蒸汽驅(qū)的剩余油飽和度(Sorg)(3)孔隙容積的壓縮系數(shù)

(4)巖石的熱傳導(dǎo)能力

(5)巖石的熱容量現(xiàn)場動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的采集(1)完井?dāng)?shù)據(jù)

(2)采-注數(shù)據(jù)提高采收率要專門考慮的問題

提高原油采收率方法如注CO２的組分模擬要求用狀態(tài)方程表征流體動(dòng)態(tài)。其模擬步驟如下：(1)用狀態(tài)方程擬合實(shí)驗(yàn)室研究結(jié)果(2)用一維小型網(wǎng)格重現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室分析數(shù)據(jù)如細(xì)管試驗(yàn)結(jié)果(3)用一維模型優(yōu)化段塞大小(4)用一個(gè)井組或一個(gè)最小的對稱單元進(jìn)行模擬，優(yōu)化作業(yè)實(shí)施方案；(5)將井組模擬結(jié)果按比例放大為油田的結(jié)果，再用有限的油田規(guī)模的模型模擬證實(shí)這些結(jié)果。混相(CO２/烴)驅(qū)聚合物和表面活性劑是加在注入水中。聚合物通過增加水的粘度和降低巖石的滲透率，用于控制流度進(jìn)行驅(qū)替。通過選擇性注入，封堵高滲透層，調(diào)整注入剖面，是聚合物的另一用途。黑油模型經(jīng)過改進(jìn)可用于模擬化學(xué)驅(qū)動(dòng)態(tài)。應(yīng)當(dāng)在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)評價(jià)聚合物在地層溫度下的穩(wěn)定性及其與地層水的相互作用。表面活性劑通過減小界面張力降低剩余油飽和度。為了找到一種有效的表面活性劑體系和完成注表面活性劑巖心驅(qū)替試驗(yàn)，需要做大量的實(shí)驗(yàn)室工作。黑油模型能夠追蹤注入流體的濃度及其對相對滲透率的影響，可以預(yù)測原油采收率的增加情況。與混相驅(qū)模擬情況一樣，應(yīng)當(dāng)首先用小型的一維模型模擬化學(xué)驅(qū)，重現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室研究結(jié)果，然后把井組模擬結(jié)果按比例放大，研究整個(gè)油藏的情況?；瘜W(xué)(聚合物/表面活性劑)

蒸汽是將熱量傳送給驅(qū)替前緣的介質(zhì)，它的優(yōu)點(diǎn)是攜熱能力比較高，并且通過凝析放熱可以把大量的熱量傳給地層。模擬模型應(yīng)當(dāng)考慮地面設(shè)備和注入井筒中的熱損失，以及油層上下隔層的垂向熱損失。模擬程序除考慮流體流動(dòng)的傳熱外，還應(yīng)考慮：

(1)原油的熱膨脹：當(dāng)?shù)貙訙囟冉咏紲囟葧r(shí)，可以降低剩余油飽和度Sor；

(2)原油粘度降低可以更有效地進(jìn)行不混相驅(qū)替；

(3)如果地層原油含有可蒸餾的輕組分，還要考慮蒸汽的蒸餾作用。熱驅(qū)(蒸汽驅(qū))(1)應(yīng)當(dāng)在油藏開發(fā)的早期考慮所要求的數(shù)據(jù)。(2)應(yīng)當(dāng)組織有不同專業(yè)人員參加綜合研究，進(jìn)行油藏描述和數(shù)據(jù)分析。(3)應(yīng)當(dāng)進(jìn)行敏感性運(yùn)算，確定那些數(shù)據(jù)參數(shù)對結(jié)果有關(guān)鍵性影響。應(yīng)當(dāng)盡一切努力獲取這些關(guān)鍵數(shù)據(jù)。(4)如果模擬計(jì)算的動(dòng)態(tài)不能擬合現(xiàn)場數(shù)據(jù)，不能強(qiáng)行進(jìn)行歷史擬合，而要研究每項(xiàng)數(shù)據(jù)參數(shù)及其對結(jié)果的影響。(5)組分模擬和提高采收率模擬應(yīng)當(dāng)首先用一維和井組模型進(jìn)行，然后將井組模擬放大，進(jìn)行油藏模擬。幾點(diǎn)說明第九章歷史擬合和動(dòng)態(tài)預(yù)測歷史擬合歷史擬合的概念

在對油氣藏進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬時(shí)，由于人們對地下地質(zhì)條件的認(rèn)識存在一定的局限性，雖然作了大量的基礎(chǔ)工作，但由于只有在鉆井處才獲得資料，油藏特性如孔隙度和滲透率的等值線圖可以多種不同的方法繪出，井間巖石性能的變化只能依靠猜測，因而使得某些參數(shù)不確定、不準(zhǔn)確，導(dǎo)致所建立的模型不能正確的反映油藏的實(shí)際情況，從而油氣藏模擬產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)與實(shí)際油氣藏動(dòng)態(tài)之間仍然可能有相當(dāng)大的出入，那么在此基礎(chǔ)上所做的動(dòng)態(tài)預(yù)測也是不可靠的，甚至?xí)?dǎo)出錯(cuò)誤的結(jié)論。為了減少這種差異，使得模擬計(jì)算的結(jié)果與實(shí)測結(jié)果盡可能接近，必須對過去的生產(chǎn)歷史進(jìn)行模擬，即反復(fù)修改已存在的模型數(shù)據(jù)直到模擬器結(jié)果與實(shí)際油田記錄相比達(dá)到可靠程度，即在誤差的范圍為止。這時(shí)從工程應(yīng)用的角度來講，可以認(rèn)為經(jīng)過若干次修改后的油層參數(shù)，與油層實(shí)際情況已比較接進(jìn)，使用這些油層參數(shù)來進(jìn)行油藏開發(fā)的動(dòng)態(tài)預(yù)測可以達(dá)到較高的精度，這種對油藏生產(chǎn)歷史進(jìn)行反復(fù)擬合計(jì)算的方法就稱為歷史擬合方法。歷史擬合的概念歷史擬合的對象

壓力(油層平均壓力及單井壓力)

見水時(shí)間及含水率

氣油比的變化(或水油比的變化)

1)確定模型參數(shù)的可調(diào)范圍2)對模型參數(shù)全面檢查3)全區(qū)和單井壓力擬合4)全區(qū)和單井飽和壓擬合5)單井生產(chǎn)指數(shù)擬合歷史擬合的步驟歷史擬合的可調(diào)參數(shù)

含水層的傳導(dǎo)能力(KM)

含水層的彈性儲(chǔ)能(φhlt)

井指數(shù)

油藏的傳導(dǎo)率

相對滲透率和毛管壓力

油藏孔隙度和厚度

巖石壓縮系數(shù)

油藏油、氣性質(zhì)及在油藏中的分布

油水及油氣界面

水體性質(zhì)主要?jiǎng)討B(tài)參數(shù)的擬合方法

壓力擬合

全區(qū)壓力

單井壓力

油藏中壓力可能過高或過低

●在油藏衰竭期，如果壓力過高，那么

孔隙度或許大于實(shí)際值，造成容量過多。

存在過多的含水層或傳導(dǎo)性過大。

由于油藏的產(chǎn)量可能不完全，產(chǎn)出的氣或水比報(bào)道的多●如果壓力太低，可以考慮與上述相反的原因。●在水淹或其他注入操作中，如果壓力太高，則

孔隙度或許太低需要增加

存在著通過水泥環(huán)或油藏本身向上一層或下一層的漏失。這種向上層或下層的傳遞是未知的但又是必須予以考慮的●在調(diào)節(jié)油藏性能諸如孔隙度或滲透率變化時(shí)，這些參數(shù)的絕對值是不應(yīng)超過一個(gè)合理的值，例如，對一致密層，期望孔隙度超過35

40%是不真實(shí)的。如果需要孔隙度大于正常值，那么考慮以下可能

如果在油藏的邊緣方向上存在油藏的擴(kuò)展。

如果在油藏中部，存在與其他區(qū)帶的聯(lián)系。●阻擋層，斷層，無流動(dòng)邊界也許存在于油藏中，這些可由下述方式探測到

在邊界的一邊的井中進(jìn)行采出或注入