油藏数值模拟概况.pptx

《油藏数值模拟概况.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《油藏数值模拟概况.pptx（64页珍藏版）》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、油藏（Petroleum Reservoir）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：动态变化第1页/共64页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（Numerical Simulation）油藏数值模拟（Reservoir Numerical Simulation）第2页/共64页油藏数值模拟的基本概念油藏数值模拟（Reservoir Numer

2、ical Simulation）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3页/共64页第一部分第一部分油藏数值模拟简介油藏数值模拟简介Introduction of reservoir Numerical Simulation第4页/共64页第一节第一节油藏数值模拟在油藏数值模拟在油田开发中的作用油田开发中的作用油田开发的任务油藏客观实际的

3、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第5页/共64页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第6页/共64页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）第7页/共64页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.不能重复进行第8页/共64页油藏数值模拟在油田开

4、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）双模 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）第9页/共64页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。第10页/共64页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

5、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第11页/共64页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12页/共64页第二节第二节油藏数值模拟的油藏数值模拟的主要内容和步骤主要内容和步骤 油藏数值模拟的主要内容油藏数值模拟的步骤第13页/共64页 数学模型（Mathematical Model）数值模型（Numerical Model）计算机模型（Computer Model）一、主

6、要内容油藏数值模拟的主要内容和步骤第14页/共64页 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第15页/共64页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

7、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第16页/共64页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第17页/共64页 模型选择（Select Model）资料输入（Input Data）灵敏度试验（Sensitive Test）历史拟合（History Match）动态预测（Performance Prediction）二、主要步骤油藏数值模拟的主要内容和步骤第18页/共64页1.模型选择（Select Model）根据油藏的实际情况 根据所要解决的问

8、题的要求油藏数值模拟的主要内容和步骤2.资料输入（Input Data）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）第19页/共64页3.灵敏度试验（Sensitive Test）目的 方法油藏数值模拟的主要内容和步骤4.历史拟合（History Match）历史拟合的概念 反问题的多解性5.动态预测（Performance Prediction）已知日产液，预测压力、饱和度 已知井底流压，预测产量、压力、饱和度第20页/共64页第三节第三节油藏数值模拟的油藏数值模拟的发展概况和发展方发展概况和发展方向向 油藏数值模拟的发展概况 目前几个通用的数值

9、模拟软件简介 数值模拟的发展方向第21页/共64页一、发展概况简介油藏数值模拟的发展概况和发展方向1.1.国外发展概况1)1)发展历史5050年代 数值模拟起步 19531953年美国G.H.BruceG.H.Bruce等人发表了“孔隙介质中不稳定气体渗流的计算”。6060年代 黑油模型 油、气、水三相和三组分，质量守恒。7070年代初 热采模型 蒸汽驱和火烧油层，质量守恒能量守恒。7070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，质量守恒化学反应第22页/共64页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

10、数值模拟 2)SPE 七次考核文章1.1.A.S.Odeh,et A.S.Odeh,et“Comparison Comparison of of Solution Solution to to a a 3-D 3-D Black Black Oil Oil Reservoir Simulation Problem Reservoir Simulation Problem”JPT 1981,Jan.JPT 1981,Jan.2.H.G.Weinstein J.E.Chappelear et 2.H.G.Weinstein J.E.Chappelear et“Second Comparative

11、Second Comparative Solution Project:A 3-P Coning Study Solution Project:A 3-P Coning Study”JPT 1986,Mar.JPT 1986,Mar.3.3.D.E.Kenyon,et.D.E.Kenyon,et.“Third Third Comparative Comparative Solution Solution Project:Project:Gas Gas Cycling Cycling of of Retrograde Retrograde Condensate Condensate Reserv

12、oirs Reservoirs”JPT JPT 1987,Aug.1987,Aug.4.4.K.Aziz,etK.Aziz,et“Fouth Fouth SPE SPE Comparative Comparative Solution Solution Project:Project:A A Comparison of Steam Injection SimulatorsComparison of Steam Injection Simulators”JPT 1987 Dec.JPT 1987 Dec.5.5.J.E.J.E.Killlough Killlough et et“Fifth Fi

13、fth Comparative Comparative Solution Solution Project Project:Evalution:Evalution of of Missible Missible Flood Flood Simulators Simulators”SPE SPE 16000,1987.16000,1987.6.6.A A Firoozabadi Firoozabadi,et,et“Sixth Sixth SPE SPE Comparative Comparative Solution Solution Project:Project:Dual-Porosity

14、Simulators Dual-Porosity Simulators”JPT 1990 June.JPT 1990 June.7.7.L L Nghiem Nghiem,et,et“Seventh Seventh SPE SPE Comparative Comparative Solution Solution Project:Project:Modeling Modeling Horizontal Horizontal Wells Wells Reservoir Reservoir SimulationSimulation”SPE SPE 21221 21221,1991.,1991.第2

15、3页/共64页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第24页/共64页2)取得的主要成果具备一批国内、外先进软件 黑油模型 VIP（Western Atlas);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

16、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第25页/共64页 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coco2 2 或者N N2 2的非混相驱或近混相驱第26页/共

17、64页双重介质模型 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第27页/共64页 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第28页/共64页 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第29页/共64页模型解法 全隐式 70年代，采用 IMPES 方法；半隐式 方法；80

18、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IMPESIMPES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.第30页/共64页 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

19、发展概况和发展方向第31页/共64页 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第32页/共64页向量化 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

20、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第33页/共64页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应用反过来促进了跨学科对工作站应用的联合。油藏数值模拟的发展概况和发展方向第34页/共64页归纳起来有十个方面的进展工作站软件一体化

21、 80年代，工作站前后处理程序是以单独程序出现的。它们与主模型之间的联系仅以文件的形式出现。90年代推出一体化软件，使前后处理程序与主模型组合在一个软件中，使用公共内部数据库，数据调用方便。如Western Atlas有六个前后处理支持模块：Prcore 初始化预处理模块 Prexec 主模型预处理模块 Gridgenr 网格节点生成模块 Plotviev 图形处理器模块 X/Motif 曲线、图形模块 3Dview 三维图形处理器模块油藏数值模拟的发展概况和发展方向第35页/共64页 石油大学自行研制的油藏数值仿真系统是将油藏静、动态参数处理、油藏井筒一体化数值模拟软件、油藏静动态图象分析、

22、油藏开发经济评价有机组合起来能方便迅速地处理生成油藏模拟要求的各种数据，进行油气田开发动态过程的模拟，并对各种参数场进行实时动态图像分析的综合系统。油藏数值模拟的发展概况和发展方向第36页/共64页模块化和集成化80年代软件大多是以单个软件形式出现90年代多种软件统一在一个系统中，如Western Atlas的DESKTOPVIP系统，包括：VIPEncore 黑油模型 VIPComp 组分模型 VIPTherm 热采模型 VIPDual 裂缝模型 VIPPolymer 聚合物模型油藏数值模拟的发展概况和发展方向第37页/共64页又如 CMG软件，包括：IMEX 黑油模型STARTS 热采模型

23、GEM 组分模型WINPROP 相态模型BUILDER 前后处理油藏数值模拟的发展概况和发展方向第38页/共64页第39页/共64页横向整合 将地震解释、测井分析、油藏工程、油藏模拟等组合在一起，形成统一系统。如Western Atlas Western Atlas 的Wings(Wings(云氏)系统，包括：OASIIS OASIIS 地震解释QUIKWELL QUIKWELL 测井分析SIGMAVIEW SIGMAVIEW 油藏描述DESKTOPDESKTOPVIP VIP 油藏数值模拟3DKI 3DKI 三维可视化油藏数值模拟的发展概况和发展方向第40页/共64页如Work BenchW

24、ork Bench系统，包括：Reservoir Description Reservoir Description 油藏描述 Well Test Analysis Well Test Analysis 试井分析Production Data Analysis Production Data Analysis 生产数据分析Reservoir Simulation Reservoir Simulation 油藏模拟油藏数值模拟的发展概况和发展方向第41页/共64页 我国自行研制的石油滚动勘探开发一体化系统 PREDIS，包括：数据管理地震处理地震解释测井分析储层评价绘图系统油藏数值模拟的发展概况

25、和发展方向第42页/共64页网格多样精确化 8080年代 矩形网格；9090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第43页/共64页数值解法标准化 8080年代 预处理共轭梯度法用于五点 差分格式和矩阵网格的标准排列 9090年代 预处理共轭梯度法用于九点 差分格式和复杂网格系统油藏数值模拟的发展概况和发展方向第44页/共64页并行计算技术1.并行算法区域分解法负载平衡解法2.三个级别实现处理器级：提高处理器（CPUCPU）的计算速度。多处理器计算机系统：若干个处理器与一个 公用的共享内存子系统相连。多计

26、算机系统：由若干个计算机结点和一个 专用的结点间进行通讯联系。油藏数值模拟的发展概况和发展方向第45页/共64页油藏可视化系统放大旋转切割多维显示油藏数值模拟的发展概况和发展方向第46页/共64页水平井模拟技术井筒模型油藏模型 井筒周围 柱坐标 油藏 直角坐标 水平井端部 球形坐标把井筒水力学与油藏渗流结合起来油藏数值模拟的发展概况和发展方向第47页/共64页三元复合驱模拟技术聚合物粘度多相的相对渗透率和毛管压力界面张力残余油饱和度水相渗透率下降系数表面活性剂的吸附聚合物的吸附各组分的扩散系数碱耗隐式求压力显式求组分总浓度，相浓度显式求饱和度对流、扩散引起的组分质量守恒方程物化参数确定解法第4

27、8页/共64页微机化的数值模拟技术 随着计算机技术的发展，在九十年代后期，计算机的内存、CPU、硬盘和相应的操作系统均可与工作站相比。因此大部分软件和中等规模（10万节点）的油藏均可在微机上实现，因此数模又逐渐向微机方向发展。油藏数值模拟的发展概况和发展方向第49页/共64页四.目前比较通用的数模软件简介 油藏数值模拟的发展概况和发展方向1 1、Eclipse:England SchenbergEclipse:England Schenberg a a、用户界面好、用户界面好 b b、计算稳定性强、计算稳定性强 c c、可以处理逆断层、可以处理逆断层 d d、模拟误差及敏感性分析、模拟误差及敏

28、感性分析 e e、并行算法、并行算法第50页/共64页 油藏数值模拟的发展概况和发展方向2、VIP:USA Landmark a、一体化技术 b、网格系统（可沿断层、边界分布网格）c、斜井和水平井处理 d、任意切剖技术 e、并行算法 3、WorkBench:USA Simbest a、计算稳定 b、图形编辑功能强 4、CMG:Canada a、热采、水平井模拟技术第51页/共64页五、技术水平五、技术水平1.1.系统功能强系统功能强 目前的数值模拟系统不仅能模拟常规黑油油藏，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、表面还可对干气藏、水平井、裂缝、聚合物、

29、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、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。构造复杂等特点十分有用。2.2.一体化技术一体化技术 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CPS3CPS3、Z-map 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第52页/共64页3 3、网格系统、网格系统 除常

30、规的矩形、径向网格外，有角点坐标描述，它能够互不相关地指定每个网格块八个角点的坐标油藏数值模拟的发展概况和发展方向第53页/共64页4 4、局部网格加密、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第54页/共64页5 5、斜井和水平井模拟技术、斜井和水平井模拟技术 该系统的斜井和水平井模型是比较完善的，考虑了射孔段由于重力、摩擦所引起的压力损失；还考虑了任意方向井段的渗透率、厚度、井指数。6 6、计算速度快、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

31、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第55页/共64页 计算中心引进的具有8 8个CPUCPU的并行油藏数值模拟系统EclipseEclipse可模拟10-10010-100万节点。通过测试结果如下：网格数：109263109263，井：1212口，开发时间：2020年 机型 cpu(s)elapsed(s)cpu(s)elapsed(s)ultra2 46196 46235 ultra2 46196 46235 IBM(1CPU)20236 20925 IBM(1CPU)20236 20925 IBM(4CPU)466

32、 4223 IBM(4CPU)466 4223 IBM(7CPU)330 2967 IBM(7CPU)330 2967 IBM(8CPU)353 3186 IBM(8CPU)353 3186油藏数值模拟的发展概况和发展方向第56页/共64页 7 7、图形功能、图形功能 计算中心引进的三维三相油藏数值模拟系统可视化程度高，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第57页/共64页油藏数值模拟的发展概况和发展方向第58页/共64页油藏数值模拟的发展概况和发展方向第59页/共64页油藏数值模拟的发展概况和发展方向第60页/共64页油藏数值模拟的发展概况和发展方向第61页/共64页六、六、数值模拟数值模拟发展方向发展方向 1 1、由工作站向PCPC机发展 2 2、并行算法（动态负载平衡）3 3、流管法 4 4、勘探开发综合一体化 5 5、敏感性分析和误差分析 6 6、分阶段建模 7 7、精细油藏数值模拟油藏数值模拟的发展概况和发展方向第62页/共64页Thank you!第63页/共64页感谢您的观看！第64页/共64页