《油藏数值模拟》第一章绪论

计算初始条件下油藏压力及流体的 分布状况。
怎么做油藏模拟?
(1)问题定义
(2)数据检查 (3)模型建立 (4)初始化 (5)历史拟合 (6)动态预测 (7)报告编写
通过拟合产量、含水、压力等指 标，进行模型计算与实际油藏动 态的对比分析，反演油藏地质模 型，认识油藏动态变化规律及油 藏压力、剩余油分布状况。 在可接受的历史拟合精度基础上 ，预测开发部署（或调整措施方 案）下的油藏未来生产动态。
为什么要进行油藏数值模拟?
1. 油气藏的复杂性
地质特征复杂：裂缝、断层、尖灭、非均质、隔夹层、多层
油气水关系复杂：多个压力系统、多个流体界面、油气水间互 流体特征复杂：三维三相、三维四相、复杂的相态变化、多组分 2.油气藏开发的复杂性 通过各种措施增加产量和利润，是一个复杂的多因素决策过程
存在地质和工程的不确定性，需要进行完备的风险评估
部动态预测。 能考虑油藏的复杂几何 数值模 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 拟 法： 迄今为止油藏动态研究 中考虑因素最多的一种 方法。
忽略非均质性和动态参的
决策：提出措施或方案
为什么要进行油藏数值模拟?
由于研究和开发一个油田是一个复杂的综合性科学技术问
题，人们靠经验和利用一些简单的计算公式、物质平衡、玛斯
开采 过程
非线性偏 微分方程
非线性 代数方程
②建立数值模型
线性 代数方程
①建立数学模型
Ａ、通过质量/能量守恒方程、状 态方程、运动方程、辅助方程建立 基本方程组。 B、根据所研究的具体问题建立相 应的初始和边界条件。
A、通过离散化将偏微分方程组转换为有限差分方程组。 B、将非线性系数线形化，得到线形代数方程组。
1996
第一章 绪论
• 什么是油藏数值模拟？
• 油藏数值模拟是应用已有规律，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。
• 油藏数值模拟就是在电子计算机上开发油藏。
• 油藏数值模拟是一种油藏工程研究方法。
什么是油藏数值模拟
类比法：
观测：信息采集与分析
资料相对缺乏时的有 效研究方法，但无法 判断不同开发策略。
油藏数值模拟的方法原理
求解 程序化 商业化
压力、饱 和度分布 及井流量
②建立数值模型
C、应用线性代数方程组 的解法求得未知量（压 力、饱和度等）的数值 分布。Biblioteka 油藏 模拟器模拟 应用
④油藏模拟应用
③建立计算模型
A、将求解数值模型进行 程序化。 B、连同前后处理软件， 形成油藏模拟器。
利用油藏模拟器研究和 解决具体的油气田开发 问题。
根据研究的目的和要求，表述所 使用的模型、计算的依据及得到 的主要结果与结论。
油藏数值模拟的作用?
1、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。
油藏数值模拟的作用?
2、对已开发油田历史模拟
高速 大容量计算机问世 硬件飞速发展
于衡量：油田开发好坏、预测投资效应、提高采收 率、对比开发方案，大到一个油公司，小到一个企 业普遍使用； 形成了可以处理各种复杂问题的模型：黑油模型、 天然裂缝模型、组份模型、热采模型、化学驱模型 模型向多功能大型一体化方向发展
油藏模拟发展概况
80年代末-90年代：油藏模拟向全隐式、向量化发展 差分解法：全隐式、SEQ、AIM 计算技 数值解法： SOR、D4、 ILUC、RSVP 术迅猛发展、 模型技术：自适应技术、局部网格加密 计算方法大量 技术、自动拟合技术、工作站一体化 推出 技术、水平井技术、复杂油田模拟技术
油 藏 工 程 应 用
采收率统计关系式、水驱特征曲 线、产量递减方程及经验公式等。
假设：油藏特征判断
水动力 学 法：
机理明确，但过于简 化，只适合于早期开 发指标概算。
垂向非均质管流模型、等值渗流 阻力法、Buckey-Leverett方程非 活塞驱替模型等。
计算：定量计算与评估
物质平 分布，适合于宏观开发指 恒 法： 标计算，不适合于油田局
40年代
50年代
60年代 Coats等致力于气水两相、黑油油藏问题的求解 主要以黑油模型为主，考虑重力、毛管力、粘度 的流体流动规律
油藏模拟发展概况
70年代
产生了锥进模型、拟函数技术 IMPES和半隐式 点松弛和D4直接解法
石油价 格的剧烈上涨 为油田小型实验 提供了资金
80年代 发展成为一门成熟的技术，进入商品化阶段，用
油藏数值模拟的作用?
4、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。
油藏数值模拟的作用?
数值模拟工程师
地质工程师
油藏工程师
现场工程师
油藏模拟发展概况
30年代
用于简单的油藏动态计算，预测采收率等
以解析解为主，研究“液体驱替机理”、“孔 隙介质中的均质液体流动“、“油藏流动问题 中的Laplace转换”等零维物质平衡法 Bruce、Peaceman等人发展了将数值方法演变 为相对高级的计算机程序 导出对非均质孔隙介质中两维和三维瞬间多相 渗流的有限差分方程，从而开始了数值模型 突出代表著“油层系统中非稳态流动的处理”
盖特方法、巴克雷和D皮尔逊的前缘推进理论、克雷格等注水 动态预测都不能解决一个复杂油田研究问题，即使人们可以辅 助以物理模型和小区块的现场实验来进行油田开发科学研究， 但投资大而且时间长。为了减少盲目性，使用油藏数值模拟技
术来做严密的科学计算，用数学模型原理再现油藏地下真实动
态，可以反复多次开发，求得合理开发油田定性的半定量的解， 这样时间短花钱少。
不稳定试井法：具有多解性
物理模拟实验：时间长 小区现场试验：投资大
由谁来做油藏数值模拟?
油藏数值模拟是一门综合性很强的科学技术， 它涉及的知识领域很广，包括油田地质学、油层
物理学、油藏工程学、采油工程学、数学、计算
机系统和油藏数值模拟程序。要做好一个模拟，
需要上述方面专家配合，尤其需要一个能熟练掌
握上述领域的有丰富经验的油藏工程专家完成油
藏模拟工作。
什么时候开始做模拟?
在编制油田开发方案和研究油田开采机理需要
答案和结果及一般的常规计算解决不了问题的时 侯，开始做油藏数值模拟。 油藏开发的初期、中期、晚期 --- 贯穿油藏开发 整个历史阶段。
油藏数值模拟的方法原理
单/多相流公式 离散化 线性化
剩余油以及开发潜力的分析是一个基于时间和空间的过程 油气藏开发是具有高成本的不可逆的过程
为什么要进行油藏数值模拟?
3. 常规方法的局限性
油藏工程方法：物质平衡法、递减分析法、水驱特征曲线法
--无法考虑复杂储层的地质特征与流体变化特征 --无法考虑井史的时间效应 --无法考虑多层、多井、复杂流体的分布的综合效应 概率分析法：不确定性大
油藏数值模拟
Numerical Reservoir Simulation
石油与天然气工程学院
教材及参考书
（一）教材：
张烈辉，《油气藏数值模拟基本原理》，石油工业出版社，2005 （二）参考书： （1）陈月明，《油藏数值模拟基础》，石油工业出版社，1996； （2）韩大框，《油藏数值模拟基础》，石油工业出版社，1994； （3）李允，《油藏模拟》，石油工业出版社，1998； （ 4 ）李福凯编著《黑油和组分模型的应用》，石油工业出版社，
怎么做油藏模拟?
(1)问题定义
(2)数据检查 (3)模型建立 (4)初始化 (5)历史拟合 (6)动态预测 (7)报告编写
确定研究的目标和范围，选择模拟 器。 分析收集数据的完备程度、准确性 、可靠性以及对模拟结果的影响。 针对研究的问题选择相应的模拟软 件，设计并建立能够合理反映油藏 地质特征及流体渗流特征的网格模 型，完善动态模型，同时考虑模型 规模、精度与效果的协调统一。
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。
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）指出问题、潜力所在区域。
油藏数值模拟的作用?
3、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）
计算机 发展迅速 加速模拟发 展
小型机------巨型机------超小型机 体积小、内存大、价格低、速度快 、易于维护 图形、输入输出形象化
如何学好这门课程？
作业1
• 阐述油藏数值模拟的作用和步骤？