1、油藏数值模拟技术报告人：戴涛2009.91 油藏数值模拟的基本概念油藏数值模拟的基本概念油藏数值模拟技术油藏数值模拟技术 是把油藏分成许许多多的是把油藏分成许许多多的三维网格三维网格块，对块，对每一格块运用每一格块运用数学方程数学方程加以描述，并采用计算加以描述，并采用计算机对其进行模拟计算。即用计算机模型动态的机对其进行模拟计算。即用计算机模型动态的表示真实油藏的变化过程。表示真实油藏的变化过程。1 油藏数值模拟的基本概念油藏数值模拟的基本概念 数学描述 用数学方程描述实际油藏及油藏开采动态的过程。 物质平衡定律原来进来出去目前+ = 达西定律 状态方程 分析分析基础基础时刻牢记时刻牢记1
2、油藏数值模拟的基本概念油藏数值模拟的基本概念 网格模型网格模型 用积木搭起的一个油藏体。用积木搭起的一个油藏体。 孔隙介质中通常有三种组分：油气水；孔隙介质中通常有三种组分：油气水；通常假定油水为非混相状态，油水之间无质量传递；通常假定油水为非混相状态，油水之间无质量传递；通常假定气水之间有质量传递，以随压力而变化的溶解通常假定气水之间有质量传递，以随压力而变化的溶解度的形式；度的形式；通常假定气肯定溶解在油相中；通常假定气肯定溶解在油相中；油藏温度恒定，流体一致处在热动力平衡之中；油藏温度恒定，流体一致处在热动力平衡之中；流体的特性只是压力的函数，不考虑组分的影响。流体的特性只是压力的函数，
3、不考虑组分的影响。黑油模型基本假定黑油模型基本假定2 技术发展历程技术发展历程30年代，人们开始研究地下流体渗流规律，并将理论用于石油开发。年代，人们开始研究地下流体渗流规律，并将理论用于石油开发。50年代，在数值模拟的计算方法方面，取得较大发展。年代，在数值模拟的计算方法方面，取得较大发展。60年代起步，人们开始用计算机解决油田开发上的一些较为简单的问题。年代起步，人们开始用计算机解决油田开发上的一些较为简单的问题。70年代后，计算机的快速升级带动了油藏数值模拟的快速发展，大型向年代后，计算机的快速升级带动了油藏数值模拟的快速发展，大型向量机出现。在理论上，黑油模型计算方法趋于成熟，量机出现
4、。在理论上，黑油模型计算方法趋于成熟，D.W.Peaceman的的油藏数值模拟基础油藏数值模拟基础及及K.Aziz和和A.Settari的的油藏模拟油藏模拟出版。但仍出版。但仍受计算机速度及内存的限制，只能解决中小型油藏的模拟应用问题。受计算机速度及内存的限制，只能解决中小型油藏的模拟应用问题。80年代，数值模拟技术飞跃发展。解决不同类型油藏数模年代，数值模拟技术飞跃发展。解决不同类型油藏数模计算方法和软计算方法和软件问世件问世，同时超级向量机诞生，使计算速度达到亿次，甚至几十亿次，同时超级向量机诞生，使计算速度达到亿次，甚至几十亿次，内存高大内存高大1020亿字节。亿字节。90年代特别是后期
5、，由于年代特别是后期，由于工作站和并行服务器工作站和并行服务器的发展，把油藏数值模拟的发展，把油藏数值模拟技术带入了新的发展时代。技术带入了新的发展时代。进入二十一世纪，数值模拟进入二十一世纪，数值模拟并行技术迅速发展，并行技术迅速发展，模拟的规模和精度大幅模拟的规模和精度大幅度提高度提高 。油藏模拟软件各模块功能得到惊人的发展，主要体现为向。油藏模拟软件各模块功能得到惊人的发展，主要体现为向一体一体化方向发展化方向发展，即集地震、测井、油藏工程（数模）、工艺及地面集输、，即集地震、测井、油藏工程（数模）、工艺及地面集输、经济评价等为一体的大型软件方面发展。经济评价等为一体的大型软件方面发展。
6、2 技术发展历程技术发展历程2 技术发展历程技术发展历程油藏模拟技术主要进展历史油藏模拟技术主要进展历史3 油藏数值模拟的现状油藏数值模拟的现状模拟网格精确化模拟网格精确化数值解法标准化数值解法标准化应用软件一体化应用软件一体化 前后处理可视化前后处理可视化 数值计算并行化数值计算并行化 软件技术网络化软件技术网络化模拟技术工程化模拟技术工程化4 主流的油藏数值模拟软件主流的油藏数值模拟软件公司公司软件软件擅长擅长斯伦贝谢GeoQuestLandMarkCMG公司ECLIPSEVIPCMG黑油模型组分模型前后处理聚合物模拟地面设施的全系统模拟热采模拟主要主要模块模块E100E200E300前后
7、处理模块等前后处理模块等PolymerCompThermEncore等等STARTSIMEXGEMWINPROP等等黑油模型模拟软件：黑油模型模拟软件：用于水驱油藏数值模拟研究。用于水驱油藏数值模拟研究。ECLIPSE ECLIPSE 软件软件 （斯伦贝谢公司）（斯伦贝谢公司）VIPVIP软件软件 （LandmarkLandmark公司）公司）CMGCMG软件软件IMAXIMAX模块模块 （加拿大（加拿大CMGCMG公司）公司）SURESURE软件软件 （GCC GCC 公司）公司） 组份模型模拟软件：组份模型模拟软件：用于气藏、凝析气藏数值模拟研究。用于气藏、凝析气藏数值模拟研究。CMG-G
8、em CMG-Gem 模型模型 （加拿大加拿大CMGCMG公司公司）Eclipse 300Eclipse 300模块模块 （斯伦贝谢公司斯伦贝谢公司）5 软件应用分类软件应用分类 稠油热采模拟软件：稠油热采模拟软件：用于稠油吞吐，蒸汽驱、火烧等热采模拟研究。用于稠油吞吐，蒸汽驱、火烧等热采模拟研究。CMGCMG软件软件starsstars模块模块 （加拿大加拿大CMGCMG公司公司）聚合物及化学驱模拟软件：聚合物及化学驱模拟软件：用于聚合物驱油及复合驱油藏模拟研究。用于聚合物驱油及复合驱油藏模拟研究。ECLIPSEECLIPSE软件聚合物驱模块软件聚合物驱模块 （斯伦贝谢公司（斯伦贝谢公司）V
9、IPVIP软件聚合物驱模块软件聚合物驱模块 （landmarklandmark公司公司）UTCHEMUTCHEM化学驱软件化学驱软件 （德克萨斯大学（德克萨斯大学）FACSFACS稀体系化学驱软件稀体系化学驱软件 （美国（美国WITAWITA公司公司）并行版油藏数值模拟软件：并行版油藏数值模拟软件：用于并行数值模拟运算，提高运算速度。用于并行数值模拟运算，提高运算速度。ECLIPSE ECLIPSE 并行版软件并行版软件 （斯伦贝谢公司）（斯伦贝谢公司）VIPVIP并行版软件并行版软件 （LandmarkLandmark公司）公司）5 软件应用分类软件应用分类数学模型数值计算模型数值计算结果展
10、示现实原型油藏数值模拟技术的实现过程空间时间假设条件基本方程边界条件初始条件质量守恒定律达西定律网格化差分方法网格排序直接求解迭代求解图形计算机偏微分方程组非线性代数方程组线性代数方程组孔隙介质中通常有三种组分：油气水；孔隙介质中通常有三种组分：油气水；通常假定油水为非混相状态，油水之间无质量传递；通常假定油水为非混相状态，油水之间无质量传递；通常假定气水之间有质量传递，以随压力而变化的通常假定气水之间有质量传递，以随压力而变化的溶解度的形式；溶解度的形式；通常假定气肯定溶解在油相中；通常假定气肯定溶解在油相中；油藏温度恒定，流体一致处在热动力平衡之中；油藏温度恒定，流体一致处在热动力平衡之中
11、；流体的特性只是压力的函数，不考虑组分的影响。流体的特性只是压力的函数，不考虑组分的影响。黑油模型基本假定条件黑油模型基本假定条件物质平衡定律原来进来出去目前+ =yyvyyyvzzvxxxvxxxvzzzvyz体现在什么地方？分析问题的基础！连续性方程线性代数方程组X =每个节点都是一个连续性方程；每个节点都复合物质守恒定律数值模拟技术的基本特点数值模拟技术的基本特点 科学性 局限性 综合性 可逆性 复杂性 快捷性 多解性 近似性 科学性科学性yyvyyyvzzvxxxvxxxvzzzvyz物质守恒方程达西定律状态方程？数值模拟是一门科学，又是一门艺术。科学“艺术” 局限性局限性孔隙介质中通
12、常有三种组分：油气水；孔隙介质中通常有三种组分：油气水；通常假定油水为非混相状态，油水之间无质量传递；通常假定油水为非混相状态，油水之间无质量传递；通常假定气水之间有质量传递，以随压力而变化的溶解通常假定气水之间有质量传递，以随压力而变化的溶解度的形式；度的形式；通常假定气肯定溶解在油相中；通常假定气肯定溶解在油相中；油藏温度恒定，流体一致处在热动力平衡之中；油藏温度恒定，流体一致处在热动力平衡之中；流体的特性只是压力的函数，不考虑组分的影响。流体的特性只是压力的函数，不考虑组分的影响。黑油模型基本假定黑油模型基本假定模型的建立是基于假设条件，假设就是其中的影响。目前对结果影响大的主要还是化学
13、驱数学模型。 综合性综合性地质测井室内实验试井生产监测生产测井钻井地震构造、地层、断层、井间非均质等沉积、岩性、构造、断层、裂缝等深度、岩性、饱和度、储层物性等深度、岩性、厚度、取芯等油、气、水产/注量，压力等产液剖面、吸水剖面等相渗、毛管压力、高压物性等压力、有效渗透率、连续性等资资料料认认识识 综合性综合性生产数据生产测试岩芯分析与描述测井资料RFT、DST测试地震勘查解释，几何因子和相关分析流体特征描述地质模型岩石属性描述油藏特征描述识别油藏关键特征识别油藏主要驱动机理决定油气水的孔隙体积数值模拟技术是油藏表征技术之一 多解性多解性同一指标的拟合不同的人同一指标的拟合不同的人对参数理解程
14、度的不同会对参数理解程度的不同会导致不同的处理。导致不同的处理。错误的理解会导致错误的错误的理解会导致错误的拟合，而错误的拟合会导拟合，而错误的拟合会导致错误的开发决策。致错误的开发决策。 复杂性复杂性DH1-5-7井含水拟合曲线DH1-5-7井含水拟合曲线0 00.10.10.20.20.30.30.40.40.50.50.60.60.70.70.80.80 010001000200020003000300040004000时间时间含水含水计算计算实际实际误差的产生是多方面原因造成的。所以不要期待一蹴而就；问题也是有规律的，正确处理可以得到有效地解决。地质测井室内实验试井生产监测生产测井钻井
15、地震 近似性近似性储层模型储层模型模模型型描描述述的的粗粗略略构造模型构造模型流体模型流体模型地层模型地层模型资料资料“点点”与网与网格格“体体”的关系的关系进行历史拟合基进行历史拟合基本原因本原因 求解误差求解误差正确的应用可保证结果的正确的应用可保证结果的“真实真实”。 模型误差模型误差模型描述的粗略。模型描述的粗略。数值模型网格模型油藏描述实验测试历史拟合误差来源误差来源截断误差、物质平衡误差截断误差、物质平衡误差方向效应、数值弥散方向效应、数值弥散地质研究不确定性地质研究不确定性试验资料代表性、测试结果准确性试验资料代表性、测试结果准确性参数调整的合理性、非唯一性参数调整的合理性、非唯
16、一性K. Aziz： 加强理解、提高认识！加强理解、提高认识！1.了解你的问题并确定你的目标了解你的问题并确定你的目标2.使研究过程简单化使研究过程简单化3.了解不同部位之间的相互作用了解不同部位之间的相互作用4.不要设想模型越大就越好不要设想模型越大就越好5.了解自身的局限并相信自己的判断了解自身的局限并相信自己的判断6.期望要合理期望要合理7.对历史拟合的数据调节提出疑问对历史拟合的数据调节提出疑问8.不要消除极值不要消除极值9.注意度量与使用换算注意度量与使用换算10.不要忽略必要的实验室工作不要忽略必要的实验室工作问题：问题： 地质特征？流体特征？动态特征？地质特征？流体特征？动态特征
17、？剩余油分布？方案设计？机理分析？剩余油分布？方案设计？机理分析？目标：目标：要做到问题、目标的要做到问题、目标的具体化、明细化！具体化、明细化！所有原则的基础所有原则的基础要做到问题、目标的要做到问题、目标的合理联系！合理联系！1、了解你的问题并确定你的目标调整参数的不确定性调整参数的不确定性水体传导能力水体传导能力水体大小水体大小油藏传导能力油藏传导能力相对渗透率和毛管压力相对渗透率和毛管压力油藏孔隙度和厚度油藏孔隙度和厚度构造定义构造定义岩石压缩系数岩石压缩系数储层油气性质储层油气性质流体界面流体界面水的性质水的性质不不 确确 定定 性性 降降 低低2、使研究过程简单化研究的基本原则研究
18、的基本原则油藏油藏目标目标非常复杂非常复杂目标体目标体非常繁杂非常繁杂研究过程研究过程解决问题、解决问题、减少成本减少成本切忌自我把问题复杂化！切忌自我把问题复杂化！3、了解不同部位之间的相互作用层与层之间层与层之间块与块之间块与块之间油藏与油藏之间油藏与油藏之间流体与流体之间流体与流体之间油藏与流体之间油藏与流体之间是否存在相互作用？是否存在相互作用？怎样相互作用？怎样相互作用？相互作用的后果是什么？相互作用的后果是什么？做好研究的关键做好研究的关键驱动模式驱动模式连通性连通性4、不要设想模型越大就越好研究周期研究周期计算机资源计算机资源数据状况数据状况目标需求目标需求 更大更大的网格规模，
19、的网格规模，更多更多的组分划分并不意味着的组分划分并不意味着更高更高的准确性和可靠性！的准确性和可靠性！提高工作效率、工作质量值得注意的原则提高工作效率、工作质量值得注意的原则合理的匹配！5、了解自身的局限并相信自己的判断能否完成任务目标的关键能否完成任务目标的关键局局限限所有所有模型模型都是基于假设完成的（数据、方法、设计）！都是基于假设完成的（数据、方法、设计）！所以你只能为实际问题提供近似的答案！所以你只能为实际问题提供近似的答案！原因是同一现象可以来自不同的认识！原因是同一现象可以来自不同的认识！判判断断不要为同一现象把参数调来调去！历史拟合过程不是一个不要为同一现象把参数调来调去！历
20、史拟合过程不是一个“凑凑”结果的过程！结果的过程！6、期望要合理模拟模型模拟模型实际油藏实际油藏 模型没有考虑的模型没有考虑的问题问题就不可能期就不可能期望在研究中得到望在研究中得到答案答案！深入深入了解了解方法！方法！理解数值模拟技术内涵的关键理解数值模拟技术内涵的关键领导！领导！研究人员！研究人员！7、对历史拟合的数据调节提出疑问做好历史拟合必须遵循的准则做好历史拟合必须遵循的准则一个一个“好好”的历史拟合如果数据调节不合理也会得到差的的历史拟合如果数据调节不合理也会得到差的预测结果！预测结果！历史拟合过程不是一个唯一的过程！历史拟合过程不是一个唯一的过程！（艺术性）（艺术性）不要追求历史
21、拟合结果的完美！不要追求历史拟合结果的完美！要追求地质与物理现象的要追求地质与物理现象的合理性合理性！8、不要消除极值使问题得到反映的关键使问题得到反映的关键渗透率渗透率屏障作用：隔夹层、断层屏障作用：隔夹层、断层通道作用：高渗透条带通道作用：高渗透条带合理保持模型中渗透率的极值！合理保持模型中渗透率的极值！9、注意度量与使用转换实现数据有理有据的使用实现数据有理有据的使用所有来源的数据都在一定程度上与模型要求数据存在差异！所有来源的数据都在一定程度上与模型要求数据存在差异！分辨率分辨率1 cm1 m1 km10-2 m10-1 m1 m10 m102 m103 m104 m测井测井地震地震岩
22、性岩性地质地质10、不要忽略必要的实验室工作物模是数模的基础物模是数模的基础实验数据在数模模型中起着举足轻重的影响！实验数据在数模模型中起着举足轻重的影响！实验数据：实验数据：相对渗透率相对渗透率曲线、毛管压力曲线、流曲线、毛管压力曲线、流体体高压物性高压物性等。等。 现代的油藏模拟器向着高性能、多功能集成、系统耦合模拟的方向发展。1 总体发展趋势总体发展趋势高性能： 模拟计算的高速度与稳定；结果分析交互性与友好性；辅助历史拟合；结果的不确定评价。多功能集成： 地下与地面、建模与数模、不同驱替方式、不同油藏类型。系统耦合： 不同功能的集成计算。2 主要技术发展趋势主要技术发展趋势 传统的数值模
23、拟工作流不会有变化，将会继续被大量应用。但新的工作流将会出现而且逐渐被投入实际应用，那就是概率工作流，概率工作流将定量分析模型参数的不确定性，计算结果也将不会象传统工作流那样提供唯一结果，而会象天气预报一样提供得到某一结果的概率。确定敏感参数设计模拟方案多历史拟合结果选择最优方案不确定性评估2 主要技术发展趋势主要技术发展趋势 PEBI网格将越来越多的被采用，十年内将有30左右的数模模型将会采用PEBI网格。1、规则网格规则网格，网格处理十分简单，计算精度高、效率高，但缺点是不够灵活。2、结构化网格结构化网格，网格处理比较简单，计算效率高，比较灵活，但缺点是计算精度稍差3、非结构化网格非结构化
24、网格，网格处理较复杂，网格形状十分灵活，计算精度高，但计算效率稍低2 主要技术发展趋势主要技术发展趋势 基于地震解释成果、测井解释成果提取和建立数值模拟模型的技术将进一步发展。分辨率分辨率1 cm1 m1 km10-2 m10-1 m1 m10 m102 m103 m104 m测井测井地震地震岩性岩性地质地质地质模型地质模型数模模型数模模型gridingupscaling2 主要技术发展趋势主要技术发展趋势 基于并行计算和高性能计算机而实现的大规模精细化技术将越来越大普及。CPU1CPU2CPU3CPUn+2 主要技术发展趋势主要技术发展趋势 数值模拟将模拟从油藏到井筒，地面设备，地面管网，一直到炼油厂的油气分离处理设备。油藏模型，井筒流动模型，地面管网模型，油气处理模型将完整耦合在一起进行模拟。欢迎领导、专家批评指正！
