数值模拟基础及技术方法.

油藏数值模拟基础及技术方法培训汇报人：刘高波2015年6月提纲第一部分概述第二部分地质模型第三部分数学模型第四部分流体属性第五部分水体第六部分模型初始化第七部分动态模型第八部分模型有效性第九部分历史拟合第十部分剩余油潜力分第十一部分方案预测分析第一部分概述一、油藏数值模拟的概念求实创新超越REALITY，INNOVATION,TRANSCENDENCY标准定义：应用已有规律，采用数值方法求解描述油藏内流体流动问题，并利用计算机研究油藏开发及动态规律的一门技术。工程定义：从地下流体渗流过程中的特征出发，建立描述渗流过程的基本物理现象，并能描述油藏边界条件和原始状况的数学模型，借助计算机计算求解描述油气藏渗流数学模型，并结合油藏地质学、油藏工程学等学科知识重现油田开发的全过程，主要用于解决油田开发实际问题。简单地说就是在电子计算机上开发油藏。油藏数值模拟是一种运用较复杂的数学方法预测油藏动态的一门特殊的油藏工程研究方法，本身赋予较重比例的数学元素，但应用领域属于油藏工程。1.50年代,理论奠基时代,主要是针对基本的数值模拟数学方法.2.60年代开始用计算机解决油田开发上的简单基本问题.3.70年代,黑油模型理论及方法趋于成熟,并开始在国外广泛应用.K.AzizandA.Settari及D.W.Peaceman等.受计算机内存及速度限制,还只能解决中小型油藏的模拟应用问题,使用的方法仅限于IMPES.4.80年代,数值模拟获得巨大发展:(A)软件模块化、集成化、商业化;并开发了裂缝油藏模型,组分模型,热采模型,化学驱模型等一些解决复杂问题的软件;模型解法开始采用全隐式方法和自适应隐式方法,(B)工作站广泛应用,(C)向量算法的出现和应用,等.5.80年代末到90年代末:(A)数值模拟前后处理模块得到巨大发展,(B)非规则的网格模型理论及方法研究趋于成熟6.90年代末至今:(A)大的油藏数值模拟软件包在微机上得到推广应用,(B)非规则网格模型,更适应水平井,多分支井开发问题.7.并行算法技术的应用,提高运算速度.二、油藏数值模拟发展历史国内从2000年~至今，主要是国外大型软件推广应用油气田开发任务:地质储量、可采储量、产量1、油气田开发特点复杂性未知性间接性一次性战略地位不确定性资金密集高效益仿真工具高风险高技术三、开展数值模拟意义仿真工具•矿场试验•数值模拟•室内实验周期相似性费用重复性代表性短短长好好好低高低一次一次无限差中好2、各种仿真工具优缺点油气藏数值模拟技术优势：可以实现预测风险最小化。3、数值模拟的技术优势能考虑油气藏的复杂几何形状、非均质性、岩石和流体性质变化、井网方式和产量等因素，是迄今为止油气藏动态研究中考虑因素最多的一种方法。四、数值模拟应用求实创新超越在理论上：探索多孔介质中各种复杂渗流问题的规律；在工程上：作为开发方案设计、动态监测、开发调整、反求参数、提高采收率的有效手段，能为油气田开发中的各种技术措施的制定提供理论依据。——有效的气田开发科学决策工具！•渗流机理研究•开发可行性评价•参数敏感性分析•开发方案优化•剩余气分布研究•提高采收率研究•动态跟踪研究•反演气藏地质模型求实创新超越REALITY，INNOVATION,TRANSCENDENCY1、模拟初期开发方案1）实施方案的可行性评价；2）选择井网、开发层系、井数和井位；3）选择注水方式；4）对比不同产量效果；5）对油藏和流体性质的敏感性研究。求实创新超越REALITY，INNOVATION,TRANSCENDENCY2、对已开发油田历史模拟1）证明地质储量，确定基本的驱替机理及驱替类型（是溶解气驱、注水驱、蒸汽驱或是重力驱？）2）确定产液量和生产周期；3）确定油藏和流体特性，拟合全油田和单井的压力、含水（气油比）动态历史；4）指出开发中存在的问题（开发矛盾）、潜力所在区域。求实创新超越REALITY，INNOVATION,TRANSCENDENCY3、动态预测1）评价提高采收率的方法（一次采油、注水、注气、注聚等）2）研究剩余油饱和度分布规律●研究剩余油饱和度分布的范围和类型●单井进行调整，改变液流方向、改变注采井别、改变注水层位的效果；●扩大水驱效率和波及系数的方法；●回答油田开发中所遇到的问题并致力解决问题的方法。3）评价潜力和提高采收率方向●确定井位和加密井的位置；●确定产量、开采方式；●确定地面和井的设备；●各种调整开发方案和开发指标对比及经济评价。求实创新超越REALITY，INNOVATION,TRANSCENDENCY4、专题和机理问题的研究1）对比注水、注气和天然枯竭开采动态；2）研究各钟注水方式的效果；3）研究井距、井网对油藏动态的影响；4）研究不同开发层系对油藏动态的影响；5）研究不同开发方案的各种指标；6）研究单井产量对采收率的影响；7）研究注水速度对产油量和采收率的影响；8）研究油藏平面和层间非均质性对油藏动态的影响；9）验证油藏的面积和地质储量；10）检验油藏数据资料；11）为谈判和开发提供必要的数据资料。第二部分地质模型河道宽度W厚度储层三维地质模型地层对比测井解释微相划分储层地质知识库地震资料解释时深转换波阻抗反演地质建模流程图构造模型相模型属性模型一、地质模型来源孔隙度平均模型渗透率建模含油饱和度建模含油饱和度由于受构造影响较大，因此饱和度建模除用地震属性约束外，还用构造面作趋势，两者共同约束，同时还考虑含油边界。泥质含量建模腰滩油田孔隙度、渗透率、泥质含量、含油饱模型北东－南西向剖面三维属性剖面模型腰滩油田孔隙度、渗透率、泥质含量、含油饱模型北西－南东向剖面三维属性剖面模型二、网格类型到目前主要有三种网格类型：块中心、角点及PEBI网格。块中心网格：给出DX、DY、DZ及深度（TOPS）角点网格：需要指定组成每一个网格的四条坐标线坐标（COORD）及八个角点的深度（ZCORN）1、块中心网格：1960-1980网格技术以块中心粗网格为主网格和数学解法在特殊边界(断层、边界、井周围等)不能满足正交不能模拟复杂地质结构油气藏模拟对象只限于黑油，模拟结果误差较大1510115205101520XY80年代中期发展了角点网格技术角点网格着重于遵循油藏的几何形态和地质结构特征,但却不满足数学上的正交性.导致油藏构造越复杂,其模拟误差越大2、角点网格：1981-199918161412108642642inj1prod1prod2Fault3、PEBI网格：1999——可模拟任何几何形状的油藏用PEBI网格处理油藏的各向异性加密网格与基础网格能够自动耦合收敛速度快稳定性高误差极小正交极小加速算法(Orthomin)更具灵活性3、PEBI网格：1999——求实创新超越CelldataisreadIcyclingfastest,followedbyJthenK网格数据读取规则三、网格数据排列笛卡儿网格：•起始点在左上角。•在页面上，数值从左至右沿着X方向排列，从上到下沿着Y方向排列。•对于3D网格，网格块和节点是按照从左到右，从后到前，从上到下的顺序排列的。•网格的起始点并不是一定要从网格块（1，1，1）开始。•X，Y，Z轴并不是一定要与I，J，K方向平行。求实创新超越径向网格数据读取规则径向网格：•起始点是网格模型的中心点。•在R方向上，最内部的一圈是第1圈，然后圈数从内到外依次增加。•角是沿着顺时针方向度量的；•Z方向保持不变。求实创新超越REALITY，INNOVATION,TRANSCENDENCY数据排列规则对于每一个网格都有的数据，应用下列读写规则：•第一个读写的网格编号为（1，1，1）。•对于笛卡儿网格的显示，总是把网格块（1，1，1）放在上、后、左的位置。•径向网格的网格块（1，1，1）在最接近网格模型中心的位置。•在读取笛卡儿网格数据时，总是X方向循环最快，其次是Y方向，最后是Z方向。•在读取径向网格数据时，总是R方向循环最快，然后是THEATA方向，最后是Z方向。•所有的GeoQuest模拟软件都使用这种数据读取规则。四、网格模型格块属性定义网格模型格块属性•描述各网格格块的大小尺寸和深度的参数称为几何参数。•用来指定几何参数的关键字是：对于笛卡儿网格是TOPS，DX（或DXV），DY（或DYV）；对于径向网格是TOPS，DR（或DRV），DTHETA（或DTHETAV）和DZ；对于角点网格是COORD和ZCORN。•描述孔隙度、渗透率的参数称为属性参数。•描述属性的参数是：PORO（），PERMX（Kx），PERMY（Ky），PERMZ（Kz）。•净厚比可以用关键字NTG（净厚比率）或DZNET（净厚度）来定义。•用来显式定义一个网格是否是有效网格的关键字是ACTNUM。对于无效网格，此值为0；对于有效网格则有一个统一的值。网格模型格块属性•属性关键字是一个网格一个值。•有许多种方法，可以用不同的ECLIPSE关键字的组合来来给这些关键字赋值。•各属性值认为是网格块中心处的值，而且是网格块内各点处此属性的平均值。这种求平均值的运算是在数据输入ECLIPSE之前做的，而且求平均值的方法是由客户自己决定的。•同时注意，虽然有些网格会被排除在模拟运算之外（无效网格），但是仍然要提供计算其孔隙体积和传导系数的数据，这是因为ECLIPSE的内部工具是根据其最小孔隙体积来设定一个网格是无效网格的。•ECLIPSE有一个规则，那就是所有提供的数据都必须是显式的，因为ECLIPSE没有提供输入函数形式数据的工具。求实创新超越如何指定网格格块属性IorXKorZHorizontalpermeabilityis10,5,100,2000,200,2000,100,50,2000,50fromtoptobottom.Themodelis20*1*10inI,J,K,respectively.EQUALS--ArrayValI1I2J1J2K1K2'PERMX'2000/'PERMX'101201111/'PERMX'51201122/'PERMX'1001201133/'PERMX'2001201155/'PERMX'1001201177/'PERMX'501201188/'PERMX'50120111010//典型格式为：KEYWORDValue1value2value3……..value(NX*NY*NZ)/如何为每个网格指定网格属性的方式为（Petrel等建模软件输出的就是这种格式）求实创新超越如何用Boxes设定网格格块属性值输入的box是用I、J、和K的范围来定义的，是一个由多个网格格块组成的矩形块。Box可以是网格的一个区域、一层、一列或一行。可以为Box内的网格块设置所有属性值，应该为Box内的每一个网格块（包括区域端点的网格块）都指定一个参数值。一个Box会一直保持有效，直到又读入了一个新的Box或读入了ENDBOX关键字。这个新的box会关闭前一个box，并打开另一个box。默认的box是模型中所有网格格块的集合。BOX--I1I2J1J2K1K212011110/PERMX200*100/ENDBOX如何用EQUALS设定网格格块属性值EQUALS关键字是用数组的形式对网格的属性值进行操作，可以用作关键字BOX的替代品。EQUILS同样可以用来对第3层的网格格块设置其PERMX值：BOX--I1I2J1J2K1K21201133/EQUALS‘PERMX’100/ENDBOX不用BOX关键字，EQUILS也可以显式定义box。例如：EQUALS--ArrayvalueI1I2J1J2K1K2‘PERMX’2000/默认是当前打开的box--i.e.entirereservoir‘PERMX’101201511//如何拷贝网格格块属性值COPY关键字用来在当前的box内从一个数组向另一个数组拷贝数据。如果油田的渗透率是统一的，并且当前的box是整个油田时，可以这样设置其渗透率值：COPY'PERMX''PERMY'/'PERMX''PERMZ'//如果只有一个