油藏数值模拟技术

油藏数值模拟技术及应用实例勘探开发研究院渗流力学研究室多学科油藏研究技术培训材料主讲人:唐文峰联系电话:5508184E-mail:[e-mail]前言油藏数值模拟对于搞清剩余油分布、措施的合理配置、方案的综合设计有着不可替代的作用。近年来已有飞速发展，随着油藏精细描述的进一步发展和并行模拟软件的应用，模拟的速度、模拟油藏的精细程度以及可信度越来越高。大庆油田生产历史长，方案调整次数多，油水关系复杂等原因造成模拟难度大。高含水期油藏数值模拟面临新的问题，但从另一方面讲，高含水期的特点也为数模提供了有利条件，井网密、实际开发数据多、三维地质建模为数模模型的建立、历史拟合、方案预测、结果的验证提供了极其丰富的数据。如何利用这些数据进行有效的数模，是一个复杂的问题，这次交流以一个区块实际模拟过程为主线对高含水期数模做一些探讨，可概括为：针对油藏特点、优化模拟步骤、强调模拟目的、抓住主要矛盾，起到抛砖引玉的作用。目录一、数值模拟的目的二、精细油藏数值模型三、历史拟合的方法及技巧四、动态预测与应用研究和开发一个油田是一个复杂的综合性的科技问题。地震资料特点：研究区域的构造、断层、边界及其走向局限性：受纵向分辨率限制，不能很好的反映一个同相轴（地震道）中沉积砂体的物性变化特征。一、数值模拟的目的1.1为什么开展油藏数值模拟工作测井资料特点：可较好的反映到小于1米以下沉积砂体的物性特征，提供可靠的地层对比结果。局限性：新老油田开发方案的研究及剩余油分布的研究，是地震、地质、测井理论方法都无法做到的。地质上仅定性或半定量分析，测井用于生产监测不能以点带面。数值模拟特点：可再现生产历史，定量分析剩余油潜力；研究投入少、时间短，还可进行开发方案优选及经济评价工作。发展趋势：油藏数值模拟工作提倡一体化，注重前期的地震解释和测井解释即油藏描述工作。1.1为什么开展油藏数值模拟工作数值模拟的目的数值模拟的目的1.2油藏数值模拟的内容一般通过油藏数值模拟可进行以下研究工作：初期开发方案的模拟1)评价开发方式；如：枯竭开采、注水开发等。2)选择合理井网、开发层系、确定井位；3)选择合理的注采方式、注采比；4)对油藏和流体性质敏感性研究。对已开发油田历史模拟1)核实地质储量，确定基本的驱替机理；2)确定产液量和生产周期；3)确定油藏和流体特性；4)提出问题、潜力所在区域。动态预测1)开发指标预测及经济评价2)评价提高采收率的方法如：一次采油、注水、注气、化学驱等3)剩余油饱和度分布规律的研究,再现生产历史动态•研究剩余油饱和度分布范围和类型；•单井调整：改变液流方向、注采井别、注水层位；•扩大水驱油效率和波及系数；4)潜力评价和提高采收率的方向如：•确定井位、加密井的位置；•确定油田开发最大产液量、产量对采收率的影响；•确定地面和井的设备。数值模拟的目的1.2油藏数值模拟的内容动态预测5)专题和机理问题的研究如：•对比注水、注气和天然枯竭开采动态；•研究各种注水方式的效果；•研究井距、井网对油藏动态的影响；•研究不同开发层系对油藏动态的影响；•研究注水速度对产油量和采收率的影响；•研究油藏平面性质和层间非均质对油藏动态影响；•验证油藏的面积和地质储量；•校验油藏数据；数值模拟的目的1.2油藏数值模拟的内容一个典型的研究包括下列步骤：1)确定油藏工程问题及研究的技术和经济目标；2)收集所有能得到的数据，并确定是否需要附加的数据；3)解释已有的地质和岩石数据；4)分析有关流体PVT性质；5)选择所用模拟器的类型并设计模型（即维数、网格、求解方法等）6)通过历史拟合油藏实际的生产数据来调整模型的参数；7)预测不同情况下的未来生产特征来完成研究的目的；8)解释结果，提出建议，编写输出结果和报告。数值模拟的目的1.3油藏数值模拟的研究步骤在完成主力油层聚合物驱油试验后，下返到葡Ⅰ5-7、葡Ⅱ7-10砂岩组开展聚合物驱油试验，主要研究内容是：1、研究二类油层聚合物驱油层系组合；2、研究二类油层聚合物驱油注采能力及油层的动用状况；3、研究二类油层聚合物驱油合理的注入参数及注采井距；二类油层聚合物驱数值模拟研究试验大队工艺队计算机组绘制北一区断西井位图数值模拟的目的1.4应用实例在数据录取工作中，建立精细的油藏地质模型是模拟工作成败的关键；而对生产数据的正确分析、合理取舍、根据生产情况合理分层和划分时间阶段步长，即录入生产数据卡工作也极为重要。油藏模拟工作要研究油田开发中的问题很多，不可能一律对待，也不可能在一个模型里都予以满足，需根据研究任务和客观许可条件建立相应的地质模型。二、精细油藏数值模型2.1数据录取的准备工作油藏描述工作—对油藏的地质、油层非均质特征，沉积相的详细描述和研究，根据油藏沉积相研究建立该油藏特征的沉积模式。建立油田地质模型—综合所有的测井、岩心和生产测试等资料来得出一个与全油田一致的储集层模型。对各种未知的基本参数例如：对顶面深度、砂厚、孔、渗、饱等空间分布的评价中最大限度地发挥现有测井资料的作用，同时将这些参数结合所需储集层的几何特性参量进行计算，并结合地质沉积相分析提供出更为精细、完善的油田地质模型。确定油藏地质模型参数—老区差油层的参数初始误差较大，在进行历史拟合时达到令人满意的油藏特征描述所需的时间较长。所以，应对所选区块选用所有的井（特别是“关键井”）开展油藏描述工作，进行全面的分析研究。精细油藏数值模型2.2建立油藏地质模型目的层纵向上按细分沉积单元把葡I5-7、葡II7-10细分8个沉积单元。葡I6单元葡II8单元2.2建立油藏地质模型应用实例:精细油藏数值模型建立油藏数值模型是决定历史拟合及动态预测成败的关键。对实际油藏迸行必要的简化，代表实际油藏的特征适应历史拟合的需要适应动态预测的要求2.3高含水精细数值模拟精细油藏数值模型概念：整体网格细化针对高含水数模提出时空精细模拟方法。时间段精细划分常规数模往往是时间段跨度较大：半年一个时间段，一般是均匀划分模拟时间段。油田进入高含水期后，措施的调整次数增多，实际生产数据相对准确，应从投产开始，逐年、逐模拟阶段“加细”时间段，到高含水期，特别是拟合最终之前的一、两年，时间段达到最精细，可以精细到一个月或更短。2.3高含水精细数值模拟精细油藏数值模型模拟空间精细划分网格平面分布—常规井网密集部位配以细网格，而井网较稀疏部位配以粗网格。高含水数模目的主要是为挖潜而进行调整方案设计，重点、有目的地研究挖潜部位。重点在砂体边缘、断层附近、注采系统不完善等部位，根据数模的目的，可通过宏观分析，确定这些部位划分为细网格，对已经认识较清楚的部位配以较粗网格。网格纵向分布—油藏纵向划分为很细的小层，这些小层往往是比实际生产层细得多。如果数模直接按照这些小层作为模拟层，模拟结果很难用实际生产数据检验。2.3高含水精细数值模拟精细油藏数值模型为提高模拟效率，可以先按实际生产层划分模拟层（即合并一些描述层)进行第一轮模拟，与实际生产数据拟合，达到满意效果后，再重新按描述层建立纵向精细模拟层进行第二轮数模（老区水平井拟合）。2.3高含水精细数值模拟精细油藏数值模型网格选择目前：将各井点参数按网格划分的层系进行厚度加权平均，其结果是厚层贡献值大，薄层贡献值低，掩盖矛盾。如：现有测试资料反映，注水开发油田，注入水沿高渗薄层（厚度为0.5m）突进，造成水淹。而要降低这样的矛盾，只能把焦点倾注于网格层系的划分上，这便是以下所要谈到的问题。2.3高含水精细数值模拟精细油藏数值模型在一个区块的模拟研究中，合理有效的选择网格必须考虑以下几个问题。1)网格的定向•网格的界限要与天然的非流动边界相符合，包括整个系统的矩形网格应最大可能的重迭在油藏上；•网格应包含所有的井位（包括即将完善的新井、扩边井）；•网格方向要与流体流动的主要方向（沿主河道方向，即平行渗透率的主轴）和油藏内天然势能梯度吻合；•网格的定向尽量减少死接点数目。2.3高含水精细数值模拟精细油藏数值模型2)网格的尺寸•网格越多，每个时间步长中所需计算的数学问题越多，机时费用越多；•当时间步长由最大饱和度所控制时，较小的网格通常使最大可允许时间步长减小；•一般邻井之间至少要有2～3个空网格或更多，使其能反映油藏结构和参数在空间的连续变化，同时足够的网格能控制和跟踪流体界面的运动；•如果模拟前考虑井网加密方案，应确定适当的加密井井位和网格尺寸；2.3高含水精细数值模拟精细油藏数值模型3）纵向网格的划分•除考虑本身按沉积韵律划分的层系外，还要考虑生产过程中的整体改造工作，如：补层、压裂酸化、堵水等等；同时，对生产特征（如：底水锥进、气顶等）都应合理考虑，对一个层系中的细分小层问题更是如此；4）不规则网格的选择需按实际情况酌情考虑，如井网密度大的井区，相邻的油、水井之间用一个空白网格分开，或处在相邻的网格中也是允许的，必要情况下可考虑井点网格加密。2.3高含水精细数值模拟精细油藏数值模型225口井小层数据描述油层的非均质性注水井边界模拟区选取及网格设计2.3高含水精细数值模拟应用实例:精细油藏数值模型试验区纵向模拟层参数表2.3高含水精细数值模拟应用实例:精细油藏数值模型模拟层号小层号有效厚度（m）渗透率(m2)模拟储量（万吨）1SI4.20.122238.22SⅡ1-47.50.481405.13SⅡ5-105.70.364298.44SⅡ11下4.90.384270.35SⅢ7.70.252433.06PI1-411.90.769656.27PI50.430.11023.58PI61.50.30491.49PI71.40.37481.210PⅡ1-64.40.142239.511PⅡ70.850.25139.612PⅡ81.060.29753.213PⅡ90.860.23645.8714PⅡ102.640.20091.9合计55.00.3062966.3数据录入准备1)表格数据•油气PVT数据表（高压物性分析）；•水及岩石PVT性质（高压物性分析）；•油水相对渗透曲线；•毛管压力曲线（岩心压汞实验）等；•井筒流动数据。2)网格数据•油藏顶面海拔深度；•砂层厚度（有效）；•孔、渗、饱参数岩石类型等。2.3高含水精细数值模拟精细油藏数值模型数据录入准备3)动态数据•完井数据：射孔、补孔、压裂、堵水、解堵日期、层位、井指数等；•生产数据：平均日产油、日产水、日产气、平均油气比和含水比等；•压力数据：井底流压、地层压力等；•动态监测资料（分层测试、吸水、产液剖面等）。4)其它数据主要包括算法选择、输入输出控制、油水井约束界限、油井定压定产等参数。为对今后数模工作数据资料录入规范化。2.3高含水精细数值模拟精细油藏数值模型注意：•对于黑油油藏，PVT数据极为重要，其数据由地层体积系数、溶解油气比和粘度作为压力的函数表所组成；•表格数据要求变量与自变量之间的关系要光滑，如：不光滑的油水两相渗透率曲线，将导致拟合的含水曲线差枝不齐，导致迭代不收敛等问题。2.3高含水精细数值模拟精细油藏数值模型数值模拟过程（特别是历史拟合）是一项复杂的、消耗人力和机时的繁琐工作，如不遵循一定步骤，掌握一定技巧，可能陷入难以解脱的矛盾之中。一般认为，同时拟合全区和单井的压力、含水和油气比难以办到，必须将历史拟合过程分解为相对比较容易的步骤进行。历史拟合一般采取以下几个步骤：1）确定模型参数的可调范围；2）对模型参数全面检查；三、历史拟合方法及技巧历史拟合方法及技巧3.1历史拟合的指标根据需要可对全区、区块、各套开发层系、分类井、井组井组和单井有关指标分别进行拟合。拟合的指标一般包括：综合含水、地层压力、油气比；油、气井的见水、见气时间及层位。确定模型参数的可调范围是一项重要而细致的工作，需收集和分析一切可以利用的资料。首先分清哪些参数是确定的，哪些参数是可调的。★孔隙度允许修改范围±30％；★渗透率视为不定参数，可修改范围±3倍或更多;★有效厚度，由于源于测井资料，与取心资料对比偏高30％左右，主要是钙质层和泥质夹层没