培训1---数值模拟简介及培训的说明.

油藏数值模拟PetroleumReservoirNumericalSimulation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：动态变化油藏数值模拟的基本概念模拟：描述或实现油藏开发的动态变化过程（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、模型求解数值模拟（NumericalSimulation）油藏数值模拟（ReservoirNumericalSimulation）油藏数值模拟的基本概念油藏数值模拟（ReservoirNumericalSimulation）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。涉及学科•计算机•应用数学•油藏工程所谓数值方法是一种近似的解法，即用离散化的方法把连续函数转变成离散函数，用计算机来求解。通常用的方法有有限差分法，也可用有限元法和谱分析方法，但大多使用有限差分法。而材料力学用有限元法，天气预报用谱分析方法。第一部分油藏数值模拟简介IntroductionofreservoirNumericalSimulation第一节油藏数值模拟在油田开发中的作用•油田开发的任务•油藏客观实际的复杂性•油藏描述的研究方法•数值模拟在油田开发各阶段中的作用油藏数值模拟在油田开发中的作用二、油田客观实际的复杂性•各油田的地质条件不同•油藏在整个开发过程中是动态变化的•油藏岩石和孔隙结构不同•油藏流体性质及其物性变化的复杂油藏数值模拟在油田开发中的作用三、油藏描述的研究方法•直接观察法（Observation）•模拟法（Simulation）油藏数值模拟在油田开发中的作用直接观察法•钻观察井•直接测试（测井、井间地震、试井、示踪剂测试）•开辟生产试验区优点：直观，准确缺点：1.有一定的局限性2.成本高、周期长3.不能重复进行油藏数值模拟在油田开发中的作用模拟法•物理模拟（物模）定性物理模拟（观察现象，研究机理）定量物理模拟•数学模拟（数模）电解和电网模型解析模型数值模型（数值模拟、油藏数值模拟）油藏数值模拟在油田开发中的作用双模的关系物理模拟能保持原型的物理本质，多用于机理研究，对应渗流机理不清楚的问题十分重要。物理模拟为数学模拟提供必要的参数，并提出新的数学模型，因此物理模拟是数学模拟的基础。数学模拟可考虑各种复杂因素的实际问题。双模是相辅相成的，在油田开发设计和动态分析中是必不可少的工作。油藏数值模拟在油田开发中的作用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油藏数值模拟在油田开发中的作用四、油藏数模在油田开发各阶段中的作用•油田开发前期作规划方案•油田开发初期作初步方案•油田开发中期作调整方案•油田开发后期作IOR、EOR方案第二节油藏数值模拟的主要内容和步骤•油藏数值模拟的主要内容•油藏数值模拟的步骤•数学模型（MathematicalModel）•数值模型（NumericalModel）•计算机模型（ComputerModel）一、主要内容油藏数值模拟的主要内容和步骤通过离散化，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3.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油藏数值模拟操作示意图输入资料模拟器计算结果实测资料历史拟合动态预测结束相符修正参数不符油藏数值模拟的主要内容和步骤模拟工作流程网格模型建立Flogrid相态PVTi相渗和毛管压力SCAL井史生产数据Schedule井筒水动力VFPi试井分析Weltest地质模型建立GEOFRAMECPS3F3DLPMP3DPETREL井史生产数据FINDEROFM数据分析工具ECLIPSEFrontsimOfficeFloviz数值模拟分析历史拟合（Simopt）•项目管理•数据编辑•生成报告•2D/3D显示ECLIPSEOffice•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）二、主要步骤油藏数值模拟的主要内容和步骤1.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）•已知日产液，预测压力、饱和度•已知井底流压，预测产量、压力、饱和度模型与实际油藏的联系o模型与实际油藏不完全一样o进行近似处理o验证数据的有效性o数据的调整和修改必须是合理、可行的油藏数值模拟的主要内容和步骤第三节油藏数值模拟的发展概况和发展方向•油藏数值模拟的发展概况•目前几个通用的数值模拟软件简介•数值模拟的发展方向一、发展概况简介油藏数值模拟的发展概况和发展方向1.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。•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2)SPE七次考核文章1.A.S.Odeh,et“ComparisonofSolutiontoa3-DBlackOilReservoirSimulationProblem”JPT1981,Jan.2.H.G.WeinsteinJ.E.Chappelearet“SecondComparativeSolutionProject:A3-PConingStudy”JPT1986,Mar.3.D.E.Kenyon,et.“ThirdComparativeSolutionProject:GasCyclingofRetrogradeCondensateReservoirs”JPT1987,Aug.4.K.Aziz,et“FouthSPEComparativeSolutionProject:AComparisonofSteamInjectionSimulators”JPT1987Dec.5.J.E.Killloughet“FifthComparativeSolutionProject:EvalutionofMissibleFloodSimulators”SPE16000,1987.6.A．Firoozabadi,et“SixthSPEComparativeSolutionProject:Dual-PorositySimulators”JPT1990June.7.L．Nghiem,et“SeventhSPEComparativeSolutionProject:ModelingHorizontalWellsReservoirSimulation”SPE21221,1991.2、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。•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˜至今成立软件中心，发展我国自己的软件。油藏数值模拟的发展概况和发展方向2)取得的主要成果•具备一批国内、外先进软件黑油模型VIP（WesternAtlas);WorkBench(SSI)热采模型STARTS(CMG)化学驱UTCHEM(UT）•具备了研制数模软件的各种新方法全隐式自适应隐式隐式井底压力预处理共轭梯度法前后处理动态存储分配多模型一体化油藏数值模拟的发展概况和发展方向二.八十年代油藏数值模拟进展八十年代，油藏数值模拟已经进入工业化应用阶段，随着工业化进程，即应用的拓宽和计算机的发展，则必然在模型、解法及前后处理等方面有较大的发展。归纳起来有十个方面进展。●模型方面状态方程的组分模型该模型涉及到：组分模型：组分的质量守恒方程。状态方程：不同压力、温度下的相态.数值模拟将烃类组分的相态与地下的渗流力学问题有机地结合起来。该模型可用于模拟：凝析气田开发；凝析气田的循环注气；回收气藏中的自凝析油；高收缩挥发性原油的开采；注co2或者N2的非混相驱或近混相驱双重介质模型该模型涉及到：双孔单渗模型双孔双渗模型该模型可用于模拟：裂缝性的碳酸盐岩油藏油藏数值模拟的发展概况和发展方向热采模型该模型涉及到：质量守恒方程能量守恒方程顶底层的热损失水蒸汽性质燃烧动力学该模型可用于模拟：注蒸汽热力采油火烧油层油藏数值模拟的发展概况和发展方向聚合物驱模型该模型涉及到：聚合物溶液的粘度聚合物溶液被岩石的吸附聚合物溶液的降解聚合物溶液引起的渗透率降低该模型可用于模拟：聚合物驱油藏数值模拟的发展概况和发展方向模型解法全隐式70年代，采用IMPES方法；半隐式方法；80年代，推出了全隐式方法。IMPES方法节省时间和内存，但稳定性差；全隐式方法稳定性最好，但增加了计算工作量；半隐式方法居中。自适应隐式方法该方法吸取了全隐式和IMPES方法各自的优点。既要计算稳定，又要节省计算工作量，产生了自适应隐式方法，即可以根据每个节点和每个时间步的具体需要来选择其合适的隐式程度。稳定性主要是由渗流方程中的非线性系数项引起的，并主要由饱和度引起，因此可根据一个时间步内的饱和度变化来确定每一个节点的隐式程度.局部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油藏数值模拟的发展概况和发展方向线性代数方程组的解法预处理共轭梯度法70年代，采用直接解法,迭代解法80年代，采用预处理共轭梯度法直接解法占用内存多，但计算速度快；迭代解法占用内存少，但由于迭代次数多，而降低计算速度。预处理共轭梯度法适用于解大型稀疏矩阵。预处理是将稀疏矩阵不完全LU分解成近似阵，然后用正交极小化使迭代过程沿着最快的方向收敛。油藏数值模拟的发展概况和发展方向向量化70年代标量计算，又称串行运算，即一个时刻内只进行一对数据计算。80年代可以用向量计算机进行向量计算，即一个时刻内可使两个数组内各因素同时进行计算，也可以是一个数和一个数组内的各因素同时计算。工作站前后处理前处理：井点静态参数输入；网格自动剖分、增减；网格数据自动形成；等值图件绘制。后处理：三维参数场的绘制；储量丰度图形化；生产数据曲线和表格化。油藏数值模拟的发展概况和发展方向三.九十年代油藏数值模拟进展九十年代，油藏数值模拟技术的发展经历了一次技术革命，即由传统计算机转变到工作站上来。工作站的发展不仅促进了数值模拟的发展，而且也促进了石油工业其它使用计算机学科（地震、测井、油藏描述）的进步。石油领域不同学科对工作站的