搜索
地热数值模拟技术调研能源学院中国地质大学北京汇报人:hawking联系电话:……………E-mail:hawkingsty@p163.com一、地热简介•地热——来自于地球内部熔融岩浆和放射性元素衰变时发出的热能，是可再生资源，它与太阳能、风能、生物能、海洋能等统称为新能源。1.1地热分类地热资源按赋存形式可分四种类型：一、是热水型，既地球浅处（地下100-4500m）所含有的热水或水蒸气；二、是地压地热能，即某些大型沉积盆地深处（3-6km）存在的高温高压流体；三、是干热岩地热能，由于特殊地质构造条件造成的高温但少水甚至无水的干热岩体；四、是岩浆热能，即存在于高温（700-1200℃）熔融岩浆中的高温热能。1.2.1地热发电我国最出名的就是羊八井地热发电站1.2.2地热供暖直接作为居民取暖1.2.3温泉洗浴多为分布在自然景区的地热温泉1.2.4工业利用主要用于印染、粮食烘干和生产矿泉水等1.2地热利用地热能含有丰富的能量，目前只以中低温地热资源直接利用为主，有以下几个：近年来，随着我们对能源的需求度越来越大，地热资源的勘探开发发展越来越快，总的趋势是：（1）非地热异常区的地热资源勘探开发增多；(2)油气田地区地热资源开发受到了普遍的关注；（3）地热资源的综合利用与梯级利用，提高地热资源的利用率和经济社会效益。（4）重视采灌结合，保证地热资源的可持续利用。（5）干热岩地热资源的开发利用研究投入增多。（6）地热开采采用新的数值模拟技术，提高开采效率与经济效益。1.3地热发展趋势数字模拟技术诞生于上个世纪50年代，迅速在石油、核物理、热传导等领域得到广泛应用。60年代数值解法的出现推动了其发展，非均质油藏和不规则油藏得到很好的模拟效果。70年代Stone建立三相相对渗透率模型，Peaceman提出网格压力概念，建立Peaceman方程。在组分和热采模拟方面进展很大。80年代稳定的组分模型建立出来，PontingD.K提出角点网格模拟模型，可以真实描述油藏。90年代网格粗话技术出现，ZoltanE.Heinemann提出了PEBI网格，成为主流数值模拟网格体系。现今一体化模拟技术和数值模拟的定量属性不确定分析技术快速发展。二、数值模拟技术2.1地热数值模拟技术数值模拟技术应用到地热研究中相对油气较晚一些，但两者有很多共同性，研究步骤也大体一致：①找出问题，确定研究对象；②获取、校正和整理所有数据，③建立地热模型；④实现模型的历史拟合；⑤动态预测；⑥形成报告，得出结论。数值模拟的目的2.2地热数值模拟数学模型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有完全挑出来，视为不定参数，可调范围-30％左右；★流体压缩系数源于实验室测定，变化范围小，视为确定参数；历史拟合方法及技巧3.2确定模型参数的可调范围★岩石压缩系数源于实验测定，但受岩石内饱和流体和应力状态的影响，有一定变化范围；同时砂岩中与有效厚度相连的非有效部分，也有一定孔隙和流体在内，在油气运移中起一定弹性作用。因而，允许岩石压缩系数可以扩大一倍;★相对渗透率曲线视为不定参数，允许作适当修改;★油、气的PVT性质，视为确定参数;★油水界面，在资料不多的情况下，允许在一定范围内修改。历史拟合方法及技巧3.2确定模型参数的可调范围油藏数值模拟的数据很多，出现错误的可能性很大。为此，在进行历史拟合之前，对模型数据进行全面检查是十分必要的。数据检查包括模拟器自动检查和人工检查两方面，缺一不可。模拟器自动检查包括：①各项参数上下界的检查对各项参数上下界的检查，发现某一参数超过界限，打出错误信息。★检查原始地质储量并与容积法计算进行比较；N=A×h×Φ×Soi/Boi★检查所有原始油藏性质图和输入数据。历史拟合方法及技巧3.3对模型参数全面检查②平衡检查在全部模型井的产率都指定为零的情况下，进行一次模拟计算，其结果应是油藏状态参数（压力场和饱和度场）应