新一代油藏数值模拟技术

北京默凯斯能源技术有限公司2020年5月4日星期一油藏数值模拟技术交流与咨询大庆油田有限责任公司勘探开发研究院交流提纲1.油气藏数值模拟技术的发展现状2.综合油气藏研究中的模拟技术3.新一代数模技术的研发策略4.精细油气藏模拟技术5.提高采收率模拟器的构建6.新一代数模软件的搭建的开发7.油气藏数值模拟技术的发展预测3油气上游产业的核心技术“….一体化实时油藏管理正快速地成为业界的首选资源优化模式，此技术有望在延长油藏开采期的同时，将采收速度提高60%以上….油藏数值模拟是实时油气资源管理的技术核心。”-EuanBaird,WPC20024Oil&GasReservescombinedSource:BPStatisticalReviewofWorldEnergy2004全球油气储量5Source:Spears&Associates,Drilling&ProductionOutlook,December2004勘探生产（E&P）投资6面临挑战与发展趋势开发周期水深井深油气井产能E&P人力资源油田规模GofasterGodeeperGofartherDevelopmentprojectbuildcycletimeimprovement40%50%60%70%80%90%100%123456Projectnumber%offirstproject%ofinitialTypicallearningcurveworkcheaperworkbetterworksmarterAverageWelldepth-GOMy=187.69x+9326.96,0007,0008,0009,00010,00011,00012,000198919911993199519971999Oil&GasTotalEmployeeHeadcount01002003004005006007008001982198419861988199019921994199619982000ThousandsOilCompaniesServiceCompanies7勘探生产（E&P）投资预测20%averageincreaseinE&Pspendin2006Chevron30%CoP46%Lukoil28%Petrobras69%ENI10%PetroChina6%Devon40%Exceed$238BilliongloballyPricesneedtodropdramaticallybeforespendabates:Oil:$45Gas:$7.64mcfThedemandforoilwillgrow20%inthenext10yearsSource:ExxonMobil:“TheOutlookforEnergy–AViewto2030”,2005国际金融机构-雷曼兄弟公司2006E&PSpendingSurveyof325oilandgascompaniesglobally8一体化资产管理ThinkOutsidetheBox•多物理现象•多重不确定性9资产优化0+-time降低开发投资降低生产/运营费用提高最终采收率降低勘探费用Nottoscale加速投产最大化产能投产10地质建模钻井工程采油工程油藏工程工程设计、建设一体化资产管理模式从地震到数模（S2S）静态模型动态模型历史拟合、注采动态分析地质，地球物理，测、录、钻井油藏一体化综合研究（StoS）地震资料处理解释测井资料处理解释井震结合属性反演油藏地质精细描述地质建模油藏模拟开发方案生产措施减小量化模型的不确定性保持有效油藏描述信息e-field主要是利用新的技术手段和业务流程的整合，对勘探、开发、生产到销售整个过程进行实时、连续、远程的资产监控和管理；是一个资产管理从概念到应用的新实践。SmartFields技术将数字化信息技术与目前的钻井、地震以及油藏监控技术集成以提高产量和生产效率。油田可以实现无人化管理，工程师可以在任何地点进行远程控制。通过监控实时的信息，工程师可以迅速优化油田生产。以前需要几个星期完成的操作现在仅需要几小时。Shelli-field通过仪器进行实时的信息采集，使得我们能够进行实时的调控，最终使我们能够根据资产的需要建立创新的解决方案。油公司数字油田的发展模式墨西哥湾：下第三系岩层深处国际油气公司雪弗龙集团(2006年9月5日)表示，在墨西哥湾深海钻探成功，为目前在“一体化机制下最大的发现”-落实了30亿桶（约4.3亿吨）以上的油气储量。(Jack2)的井钻探深度达8588米，其中约1/4深度为海水15油公司发展策略Exxon-MobilChevronTexaco•BP-Amoco•Shell•ConocoPhilips•TotalFinaElf•中石油/中石化/中海油•etc.技术储备TechnologyReserves生产需要FieldOperationSupports油气采收率35%65%据美国能源署的数据显示，目前世界油田平均采收率为35%，采用加注技术一般能把石油的采收率提高到40%～45%左右；通过使用数值模拟等优化策略，可把油田采收率提高到50%以上。目前除大庆油田使用注水技术的采收率达到40%外，其他油田的采收率仍然在21%～29%的低水平上。而且在中国未开发的剩余油气储量中，低渗透和稠油储量所占比重大，提高油藏采收率所面临的技术挑战显得格外突出。25%75%1617提高油气采收率中国油田绝大部分为陆相油田，储层非均性严重。从开发油田的现状看，总体上已经进入了高含水、高采出程度阶段。提高高含水油田的原油采收率已成为当前油田开发的中心任务。2007年资料统计：全国已开发油田以现有技术标定的采收率为31.2%全国油田综合含水（新投产的油田）已达到86%以上引自：韩大匡《对二次开发的研究工作和若干问题的进一步探讨》18E&P的核心技术之一通过油藏数值模拟仿真技术再现油气田的开采动态，虚拟实施各种开发设计方案，是目前优化油气资源的资产价值最有效的工具。已成为预测投资、评价开发方案和提高油气采收率的必要技术手段，越来越广泛地用于解决各类油气田开发决策问题。19IDCEnergyInsights,Multi-ClientStudy,8/23/05E&P应用软件$0$200$400$600$800$1,000$1,200$1,400$1,600200420052006200720082009Revenue$inmillionsIM&IProductionAccountingandEconomicsDrillingPetroleum/ReservoirEngineeringGeology&Geophysics12%2004-2009CAGR7%11%13%12%11%Total-2%3%9%16%30%28%9%3%6%15%2%11%24%13%18%5%4%6%8%13%28%8%8%8%8%Y/YY/YY/YY/YY/Y勘探生产软件市场预测20$16$55$7$13$16兰德马克斯伦贝谢CMG非商业其它全球数模软件市场现状2007年油藏工程软件的销售总额达2亿6千万美元，到2009年总收入将达3亿5千万美元，油藏数值模拟软件占2007年油藏工程软件销售总额的6成，约为1亿5千万美元，预测复合年均增长率将达15%。-IDCEnergyInsights公司产品营业额（美元）SchlumbergerECLIPSE100/300/50055,000,000HalliburtonVIP-BP/COMP/THERM15,500,000CMGIMEX/GEM/STARS6,600,000JOA/CoatsEng.SENSOR4,000,000RoxarTEMPEST/NextWell3,000,000BeicepFranlabATHOS/FIRST2,000,000SMTSureSim/SureGrid2,000,000GemeniMerlyn1,000,000T&TAssociatesExodus1,000,000ExxonMobilEMPowers4,000,000SaudiAramcoPowers4,000,000ShellMORES4,000,000ChevronTexacoCHEARS4,000,000合计106,100,00021油藏数值模拟技术的发展趋势作为现代油藏开发中最重要的技术手段，油藏数值模拟技术已从单一的油藏工程工具渗透到油气开发的整个过程。现代油藏模拟器正向着多功能集成、一体化耦合和高性能方向发展。数值模拟计算技术多学科技术集成工作流程和使用方法22建模面临的挑战复杂系统：复杂地质形态和物化属性多重孔隙非均质介质断层、尖灭、高低渗透带、边界物化属性变化强烈、不连续复杂多相流体流动油、气、水、固相混合流动体系从地下（油藏）到地面（井筒、地面管网）的流体运移各种复杂的注采生产模式23数模技术面临的挑战强耦合度：多物理现象地层物理属性的宏观、微观变化流体流动的不同控制机制、影响因素相间（如流-固）耦合多尺度系统大尺度、小尺度非均质性不同层次的流动变化机理从地下（油藏）到地面（井筒、地面管网）的流态变化24定量预测面临的挑战不确定性：描述油藏地质和流体属性的参数均带有不同程度的不确定性油藏地质描述流体属性特征油气井定位注采生产纪录数值计算工程设计数据经济分析25油藏数值模拟技术的发展趋势1.从传统分类的单一模型向一体化的统一模型发展：黑油模型组分模型热采模型一体化模型：•统一质量守恒•统一动量守恒•统一能量守恒（引入广泛流固物理化学现象的）其他模型公共基础平台“动态定制”具体问题的应用模型传统的“套用”模式26油藏数值模拟技术的发展趋势2.变传统的单一流程到集成协同化流程：模拟网格属性分层地质模型评价后处理模拟运算单一流程27油藏数值模拟技术的发展趋势3.由粗化的几何形态动态逼近更真实的地质实体：高灵活度的非结构网格：非结构化（如PEBI等正交和非正交多面体）网格自动多重网格（如FAC等）无网格技术（全自动、动态“屏蔽”网格）28油藏数值模拟技术的发展趋势4.从传统单机到大型并行化计算：分布式、共享式并行计算方法PC机群并行算法网格计算环境下的并行化复合并行计算方法（加载平衡和优化算法）29油藏数值模拟技术的发展趋势5.由油藏常规模拟向大型、精细模拟发展：为应对高含水、高采出程度的老油田开发需求，模拟技术向着分层的精细模拟发展，以更准确地确定剩余油分布。大型精细模拟技术：多重粗细网格组合技术，窗口技术，灵活网格技术，自动/辅助历史拟合技术等。30油藏数值模拟技术的发展趋势6.由描述单一尺度、单一物理变化向多尺度、多物理现象发展：油藏+井筒+管网集成流体+固体耦合微观、宏观油藏属性集成精细时间、空间流体流动描述31油藏数值模拟技术的发展趋势7.从简单的定制算法到高效、自适应的数值计算方法：多尺度/多物理问题的求解算法（如动态尺度因子方法）自适应非线性求解算法（如非线性区域分解算法）高效、大型稀疏线性代数方程求解算法（如AMG算法）Carman-KozenyPermeabilityPorosityPoreSizeDistributionConnectivityNMRElectricalResistanceCapillaryPressure?PressureTransientTestingRockPropertyProbabilityhVariogramGrid-BasedModeling32新一代商业模拟器开发进展多油藏模型：智能黑油、组分、热采建模多相流动：流（油、气、水）固（基质）隐蔽离散：无网格（Petrel集成）高效求解：C++软件结构+改进流程33新一代商业模拟器开发进展统一黑油、组分建模一体化（多）油藏+井筒+管网耦合无结构控制体复合并行+负载平衡（64位、跨平台C/S结构）34Nexus:油藏与地面一体化模