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1高含水期描述剩余油的油藏数值模拟方法中国石油大学石油工程学院2009.42油藏（PetroleumReservoir）的基本概念油藏：在单一圈闭中，具有同一压力系统的油气聚集。油藏是地下储油的地质单元，上下一般具有良好的隔层。气油水原始条件：平衡状态开发以后：动态变化绪论（Introduction）3描述或实现油藏开发的动态变化过程－－模拟（仿真）物理模拟：采油物理实体的办法岩心试验、单管模型、平板模型试验等数学模拟：采用数学描述的方法数学模型、模型求解数学模拟举例：日常生活小问题、天气预报等绪论4物理问题描述－－发现问题（physicalmodeldescription）数学模型－－分析问题（mathematicalmodel）模型求解－－解决问题（solution）数学模拟的求解过程：绪论数学模型的求解方法：解析法、数值法(以细菌生长速度为例)5解析求解：可以求出未知量y和自变量x之间的函数关系，用数学表达式准确地表示出来例：y=x2,y=sinx,y=ex等数值求解：不能准确写出未知量y和自变量x之间的函数关系，只能用各种数值的方法求出近似解绪论6数值求解方法：有限差分法、有限元法、变分法、有限边界元法等数值模拟（NumericalSimulation）主要依靠数值的方法来求解数学模型油藏数值模拟（NumericalReservoirSimulation）定义：用数值的方法来求解描述油藏中流体渗流特征的数学模型。绪论7主要内容一、剩余油描述与油藏数值模拟二、油藏数值模拟的主要内容和步骤三、油藏数值模拟的发展概况和发展方向四、高含水期油藏数值模拟的特点五、数值模拟实例8剩余油描述与油藏数值模拟一、剩余油描述与油藏数值模拟•直接观察法（Observation）•模拟法（Simulation）油藏描述地质：静态描述开发：动态描述（剩余油）1、剩余油描述的研究方法9直接观察法（直接在油田上进行试验或取得资料，以便进行分析）•钻观察井•直接测试•开辟生产试验区主要包括以下方法：剩余油描述与油藏数值模拟10•直接观察法的优、缺点优点：直观，可以看得见，摸的着，所得结果易于被人接受准确，客观存在的，避免了人为误差缺点：1.有一定的局限性（不能代表整个非均质油藏）2.成本高、周期长3.不能重复进行剩余油描述与油藏数值模拟11模拟法用模型来研究物理过程，油藏模拟就是用油藏模型来研究油藏的各种物理性质及各种流体在其中的流动规律•物理模拟（物模）•数学模拟（数模）双模剩余油描述与油藏数值模拟12模拟法的优缺点优点•能重复进行，即“多次开发”•时间短，成本低•可以模拟各种非均质情况缺点•模型有一定的假设条件，与真实情况有差别•模拟需要依赖于油藏的静、动态参数•受计算机计算能力的限制剩余油描述与油藏数值模拟132、油藏数模在油田开发各阶段中的作用规划方案开发方案提高开发效果方案调整方案开发前期开发初期开发中期开发后期剩余油描述与油藏数值模拟14•数学模型（MathematicalModel）•数值模型（NumericalModel）•计算机模型（ComputerModel）1、主要内容油藏数值模拟的主要内容和步骤二、油藏数值模拟的主要内容和步骤15通过离散化，将连续的偏微分方程组转换成离散的有限差分方程组，再用多种方法将非线性系数线性化，成为线性代数方程组，然后求解线性代数方程组即建立一套描述油藏中流体渗流的偏微分方程组，包括初、边值问题。偏微分方程组线性代数方程组得到压力、饱和度等有限差分方程组离散化线性化解方程组1.建立数学模型2.建立数值模型油藏数值模拟的主要内容和步骤163.建立计算机模型将资料（静、动态）的输入，系数矩阵和常数项的形成，多种解法和结果的输出等，编制成计算机程序。数值模拟的关键是计算的精度和速度。由于计算的精度取决于离散的程度，但离散的程度又决定了计算的速度。这是一对矛盾，要根据解决问题的需要而选择离散化程度和计算速度。油藏数值模拟的主要内容和步骤17•模型选择（SelectModel）•资料输入（InputData）•灵敏度试验（SensitiveTest）•历史拟合（HistoryMatch）•动态预测（PerformancePrediction）2、主要步骤油藏数值模拟的主要内容和步骤181.模型选择（SelectModel）•根据油藏的实际情况•根据所要解决的问题的要求油藏数值模拟的主要内容和步骤举例：①对没有活跃边、底水的气藏，选简单的单相气体渗流模型②对常规原油（即不发生反凝析现象的油藏），选黑油模型③常规原油，采用注水开发，且保持PPb，可选用油水两相模型④对凝析气藏、高挥发轻质油藏，选用组分模型⑤对裂缝油藏，要具体分析（双孔单渗、双孔双渗）⑥对热力驱、化学驱、混相驱等，选用相应的特殊模型19油藏数值模拟的主要内容和步骤2.资料输入（InputData）•静态资料（地质静态、流体高压物性、特殊岩心分析、地质储量）•动态资料（各生产阶段的生产数据）3.灵敏度试验（SensitiveTest）目的方法20油藏数值模拟的主要内容和步骤4.历史拟合（HistoryMatch）•历史拟合的概念•反问题的多解性5.动态预测（PerformancePrediction）•预测区块生产动态•对单井，已知日产液，预测压力、饱和度；已知井底流压，预测产量、压力、饱和度21国外发展概况1）发展历史•50年代数值模拟起步1953年美国G.H.Bruce等人发表了“孔隙介质中不稳定气体渗流的计算”。•60年代黑油模型油、气、水三相和三组分，质量守恒。1、发展概况三、油藏数值模拟的发展概况和发展方向22油藏数值模拟的发展概况和发展方向•70年代初热采模型蒸汽驱和火烧油层，质量守恒＋能量守恒•70年代末化学驱模型油、气、水三相和多组分，质量守恒＋相态软件油、气、水三相和各种化学物质组分，质量守恒＋化学反应•80年代工业性应用，向综合性多功能模型发展•90年代工作站数值模拟•90年代末至今微机数值模拟23国内发展概况1)发展历史•60˜70年代处于停顿状态。•81˜85年起步阶段，引进国外软件。82年从美国引进黑油模型、83年从法国引进热采模型•86˜90年将油藏数值模拟软件研制列为国家“七五”攻关项目。•91˜95年推广使用，并继续引进国外先进软件。•96˜00年成立软件中心，发展我国自己的软件。•00年～今国外大型软件和国内软件推广并用油藏数值模拟的发展概况和发展方向242、目前技术水平①模型的集成化目前的数值模拟系统不仅能模拟常规黑油油藏，还可对干气藏、水平井、裂缝、聚合物、示踪剂、表面活性剂、热采等进行有效地模拟。同时网格系统、局部网格加密、断层处理技术十分先进。这对于油藏类型多、构造复杂等特点十分有用。目前国内外使用的油藏数值模型大多数是多功能的，这种模型允许油藏流体系统、渗流介质和开发方式间的任意组合，从而发展成为集成化油藏数值模拟器。它是自适应的，其适应性包括求解变量、算法、流体类型和渗流介质等，当存在不同开发方式间的接替时，模拟计算将自动平滑过渡。显然，自适应模拟器的计算存储量最小，计算速度最快。油藏数值模拟的发展概况和发展方向25②一体化技术近几年数值模拟的发展不断与其它学科相衔接，如与油藏描述、测井解释、随机建模一体化。可通过CPS3、Z-map等相关软件进行数据转换，省去了大量的人工输图的工作，提高了精度和效率；同时采用常规网格可达到数据共享。油藏数值模拟的发展概况和发展方向26③网格多样精确化80年代矩形网格；90年代多样精确化网格。动态局部网格加密杂交网格非正常连接变通网格技术角点网格中垂线网格油藏数值模拟的发展概况和发展方向27④局部网格加密对各种网格均可加密，加密的个数和层数不受限制。油藏数值模拟的发展概况和发展方向28网格的加密技术该方法包括：网格加密区域网格排序系数矩阵结构数据管理该方法可用于：微构造、井附近、活性剂段塞该方法涉及：基础网格、二级网格、三级网格固定局部网格加密、动态局部网格加密油藏数值模拟的发展概况和发展方向29⑤网格粗化技术油藏数值模拟的发展概况和发展方向油藏描述技术的发展，尤其是随机地质建模方法的应用，使得在很小的尺度内描述油藏非均质性成为可能。由此所建立的地质模型，其节点数往在是几十万甚至上百万个。目前普遍使用如此规模的油藏模型进行数值模拟研究还是不现实的，这就产生了一个如何将地质模型进行转换，使转换后的模型既能尽可能多地包含原模型中丰富的地质信息．同时又能在规模上为油藏模拟所接受的问题，即网格粗化（upscaling）问题。30⑥斜井和水平井模拟技术目前软件的斜井和水平井模型都比较完善，可考虑射孔段由于重力、摩擦所引起的压力损失；还可考虑任意方向井段的渗透率、厚度、井指数。⑦计算速度快随着我国大部分油田进入高含水和特高含水开发期，剩余油分布十分复杂，对油藏数值模拟的要求也越来越高。从前宏观的粗化的数值模拟已不再适合油田开发的需要，必须进行精细的油藏数值模拟。要求模拟节点多、计算速度快。油藏数值模拟的发展概况和发展方向31⑧图形功能软件可视化程度高，人机交互性能强。可三维动画显示油藏中流体的流动规律，再现油藏的开发历史及剩余油的空间分布，并可任意旋转及切剖。为油田开发方案的调整及设计提供科学的、合理的理论依据。油藏数值模拟的发展概况和发展方向323、数值模拟发展方向油藏数值模拟的发展概况和发展方向①并行计算技术网格粗化技术将精细地质模型转换为油藏数值模拟能够接受的粗网格模型，经过网格粗化后，参数的匀整性增强，非均质性减弱，因此转换后的粗网格模型无论如何都要失去原模型中的某些地质信息。特别是纵向非均质性，矿场监测资料分析表明，油层间的高渗透条带厚度很小，甚至小于0.5m，但对油藏的动态影响相当大，未来精细油藏数值模拟的网格节点甚至会超过百万数量级，求解百万级的大型代数方程组至少需要2.4GB的内存，在目前条件下，单处理机的模拟时间是难以忍受的，必须利用并行计算机采用并行数值算法解决33并行数值算法是一些可同时执行的诸进程的集合,这些进程互相作用和协调动作从而达到给定问题的求解。并行算法首先需合理地划分模块,其次要保证对各模块的正确计算,再次为各模块间通讯安排合理的结构,最后保证各模块计算的综合效果。并行机及并行软件的开发和应用将极大地提高运算速度,以满足网格节点不断增多的油藏数值模型。在并行计算机上使用并行数值解法是提高求解偏微分方程的计算速度,缩短计算时间的一个重要途径。油藏数值模拟的发展概况和发展方向34流线模拟是克服数值弥散的一种方法方法：用常规数值模拟方法求出压力，然后计算流线，根据流线计算饱和度变化，最后再将流线上计算出的饱和度回代到网格上，重新计算流度，计算压力…②流管/流线模拟油藏数值模拟的发展概况和发展方向35油藏数值模拟的发展概况和发展方向③勘探开发综合一体化油气勘探开发的各个环节中计算机应用技术的突飞猛进,带动了勘探开发工作向着多学科综合集成方向发展,改变了以往以单项专业为主的顺序化工作方式。各学科间的信息交换、数据共享、成果可视和知识继承遵照统一的标准进行综合集成。但当前面临的困难是:种类各异的数据格式、各式各样的数据库系统、互不相通的应用软件以及不同的用户界面等严重妨碍了多学科的协同工作、数据资源及研究成果的共享。36④敏感性分析和误差分析综合利用人工智能、专家系统、模式识别、模糊评判等进行半自动历史拟合，从而减少调参的盲目性，提高数值模拟的效率。Eclipse数模软件具有计算机辅助历史拟合模块(Simopt)。运用均方差、海赛(Hessian)矩阵、相关性矩阵、协方差矩阵对结果进行分析以确定敏感参数；引入梯度带分析技术对地质模型进行优化；在进行常规历史拟合后,应用置信度限制(规定需优化的参数及参数的可调范围),通过线性预测分析,实现计算机辅助调整参数,减少模拟次数。油藏数值模拟的发展概况和发展方向37⑤分阶段建模对开发历史较长、地下储层物性和原油物性发生较大变化的油藏,把随开发时间变化的地质静态模型划分为多个不同开发阶段的地质模型。油藏