油藏数值模拟方法的研究与应用
数值模拟研究现状及发展方向
具体就是关于陆相低渗透油藏和海相碳酸盐岩油藏，网格粗化、计算算法、拟合精度、水驱、三采、两相、三相等方面。
主要的研究机构、领军人物、具体研究或公关方向，使用软件的优缺点等等。
近年来，随着计算机、应用数学和油藏工程学科的不断发展，油藏数值模拟方法得到不断的改进和广泛应用。
通过数值模拟可以搞清油藏中流体的流动规律、驱油机理及剩余油的空间分布；研究合理的开发方案，选择最佳的开采参数，以最少的投资，最科学的开采方式而获得最高采收率及最大经济效益。
经过几十年的发展，该技术不断成熟和完善并呈现出一些新的特点。
1 油藏数值模拟发展历史油藏数值模拟从30年代开始，展开理论研究。
40年代主要以解析解为主，研究“液体驱替机理”、“理论物理学中的松弛方法”、“孔隙介质中均质液体流动”、“油层流动问题中拉普拉斯转换”等零维物质平衡法。
50年代期间开展数值模拟。
60年代致力于对气、水两相和三相黑油油藏问题的求解。
70年代发展了由模拟常规递减和保持压力以外的新方法。
到80年代，由于高速大容量电子计算机的问世，硬件系统突飞猛进发展，油藏模拟已发展为一门成熟的技术，油藏模拟进入商品阶段，用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。
在模型上，形成一系列可以处理各种各样复杂问题的模型，如常规油气田——黑油模型、天然裂缝模型，凝析气田——组分模型，稠油油藏——热采注蒸汽模型，还有各种三次采油用的化学驱模型、注C02模型等，在此阶段，突出的是注蒸汽和化学驱模型得到实际应用；组分模型得到广泛应用，并在方法上有重大改进。
模型朝着多功能，多用途，大型一体化方向发展。
数值模拟发展重要历史事件如下图所示：2 国内外数值模拟研究现状进入90年代以后，数值模拟技术有了较大发展。
由于计算机的计算速度突飞猛进地增长，使油藏数值模拟技术进行了一次根本性的改造。
主要表现在以下几个方面：2.1模型技术近年来,油藏模型得到不断发展和完善,提出了多孔介质中全隐式热采、多相流线、黑油与组分混合以及非达西渗流等模型，为稠油蒸汽驱精确模拟、同一油藏不同开采方式的模拟提供了技术支持,是对传统模型适应矿场应用方面的重大技术改进。
文13西低渗异常高压油藏数值模拟研究
三方面 ：１ （ ）对剩余油分布的描述。根据 国内外大 量的研究表明， 宏观剩余油主要分 布在注人水未波
及 到的 、 者 波 及 程 度 比较 低 的部 位 ， 观 上 主要 或 微
是由于驱油效率低而遗 留的剩余 油 ， 剩余 油形成与
分布 主要受 沉 积 相 、 造 、 层 非 均 质 性 以 及 井 网 构 储
行治 理 ； 同时 也 要 重 视 三 次 采 油 ， 更 深 层 次 上 的 在 开采 注水所 采不 出 的原 油 … 。
２１ ００年 ７月 １ ３日收到
２ 数值模拟研 究
２ １ 模 型建 立 ．
模 拟 模 型 的建 立 是 决 定 历 史 拟 合 和 动 态 预 测 的关键 。油藏数 值 模 型设 计 时 ， 能 代 表 实 际油 藏 要 的地 质 、 动态 特 点 ， 要 能 适 应 油 藏 历 史 拟 合 的需 既
⑥
２ １ ＳｉＴ ｃ． ｎｎ ０ ０ ｃ． ｅｈＥ ｇ￣
文１ ３西低 渗 异 常 高 压 油 藏 数值 模 拟 研 究
刘义坤 梁 爽 黄新文 刘淑伟 李扬成
（ 东北石油大学 ， 大庆 １３ １ 中原油 田勘探开发研究院 ， 阳 ４ ７ ０ ； ６３ ８； 濮 ５０ １ 大庆油 田井下作业分公司 ， 大庆 １３ １ ） ６ ４ ２
选用 Ｌ Ｎ Ｍ Ｒ Ａ Ｄ Ａ Ｋ公 司 的 ＶＭ ． Ｉ ０版 本 的油 藏 数 值 模拟 软件 ， 建立 了三维 两相 的油 藏数值 模 拟模 型 。 油藏模 拟 区共有 ５个 砂层组 ５ 小层 ， 向上 ０个 纵
以小 层 为模 拟层 ， 面 上 网 格划 分 采 用 不 等距 的不 平 规则 的 网格 ， 位 在 网格 的 中 心 ， 两 口井 之 问 尽 井 每 可能 地保证 有 ２个 以上 的 网格 ， 部 和 局部 井 位 较 边 稀 ， 断 层均 处 理成 封 闭边 界 断层 ， 将 网格 总 数 为
底水稠油油藏水平井精细数值模拟跟踪技术研究与应用
底 水 稠油 油 藏 废 弃 直 井 老 井 网 、 用 水 平 井 网 采
开发后， 由于渗 流 机 理 的不 同导 致 油 井 开 采过 程 中 生产动态变化特征、 水淹规律均不同。 尤其是大规模 吞 吐热 采后 ， 油藏 动 态特 征 将会 发生 更 大 的变 化 ， 如 何 及 时 有效 地 分 析 水 平 井 生 产 动 态 ， 进 行相 应 的 并 综合 调 整将 是 该类 油 藏 利用 水平 井 网进 行 二次 开 发 后 面临 的最 现 实 、 最重 要 的 问题 。针 对 以上 问题 ， 应 用 Ｐ ｔｅ 软 件 建 立 三 维 地 质 模 型 ， 选 粗 化 方 法 进 ｅｒｌ 优
（ ） 于单 层 砂体 模 型而 言 ， 沉积 时 间单 元边 Ｉ对 以
水平井与直井相 比在相 同生产压差下具有产液量高 的优 势 ， 通过 增 加 排液 量 ， 以有 效提 高 产油 量 。为 可 此 ， 用废弃老井 网、 采 水平 井 整 体 替 代 直 井 开 发 ， 完 钻的 ３ ３口水 平 井 经 过 注 蒸 汽 热 采 后 取 得 了 较 好 的 开 发 效 果 ， 如 何 控 制 水 平 井 热 采 操 作参 数 是 下 一 但 步 应 用水 平 井进 行 二次 开 发面 临 的一 个难 题 。
平 井 生产 动 态跟踪 与参数 优 化 ， 取得 了较好 的 开发 效 果 。
关 键词 ： 水平 井 ； 值模 拟 ； 数 地质 建模 ； 剩余 油 ； 参数 优 化 中图分 类 号 ： ＴＥ３ ５ ４ 文献 标 识码 ： Ａ 文章 编号 ； ｏ ６ ７ ８ （ ０ ０ １ 一ｏ ３ 一 Ｏ １Ｏ— ９１ ２ １） １ １３ ３ ２ 精细 油藏 三维 地 质模 型 的建 立 与粗 化
商13—45块沙二下油藏数值模拟及剩余油研究
余 可采 储 量 的 １ ． ％ 。 ７３
开 发特 点主要 表现为 ：① 为常温 常压低
粘 未 饱 和 层 状 断块 低 渗 透 油 藏 ： ② 大 段 合 注 合 采 ，造 成 层 间水 驱 动 用 程 度 不 均 ，水 淹 程 度 不 均 ：③ 由于 井 况 的 损 坏 造 成 平 面 注 采 不 完 善 ，地 层 压 力 下 降 ，储 量 动 用 状况 变 差 。
１ ）受 构造 因素 控 制 形 成 剩 余 油滞 留区 在 小 断 块 和 断 层 遮 挡 的 边 角 处 有 剩 余 油 富 集 。 如 在 一 ～ 四 砂 组 的 商 １ — ８ ～ 商 ３１ ３
１ 一 ７ 井 区 、一 砂 组 的 商 １— ９ 井 区 由于 受 ３ ｌ１ ３ １４
５ １２ ． ． 纵向上剩余油分布 相 对采 出程 度大 于 １ ０％的 小层 有 ９ １ 层
（ ＋ 二 。 。 “ ，多 分 布 在 ４ 组 一 三 四 。 ） 砂
工程和数 值模拟 两种方法 计算的最 终采 收率
目标 值 为 ３ ． ％ ０９。
参考 文 献 ：
模拟 层的划分 ，既要满足 模拟研 究的 目
个 阶 段 。至 令 ，钻 遇 井 １９ ，共 有 ６ ０口 ８口井 采
过 油 ，４ 口井 注 过 水 。 Ｏ
断 层 遮 挡 ， 水 驱 难 以 波 及 ，仍 然 有 较 高 丰 度 的剩 余 油 富 集 。 ２ ）注 水 井 与注 水 井 之 间 形成 剩 余 油 富 集
区
三类 潜力层 ：潜力较 小层 ，单层 剩余可
应用油藏数值模拟方法研究聚驱后剩余油分布规律
影 响聚驱后 剩余 油分 布 的因素较 多 ，不 同 的地质 条件 、生产 方式 和生 产制度 都会 影响 到剩余 油 的分
布 特征 。 目前 ，国内在大庆 、胜 利 、河 南等 油 田开展 了聚 驱后 剩 余 油 分 布 规 律 的研 究 叫 ，针 对 具 体 的地 质和 生产情 况 ，从 不 同的角 度对 聚驱后 剩余油 分 布规律进 行分 析 、总结 。如 李本 维等 研 究 了沉 积 ］
［ 收稿 日期 ］ ２ １ ｏｏ—ｏ ５—２ ４ ［ 者 简 介 ］ 郭 正 怀 （９ ５一 ，男 ，２０ 作 １８ ） ０ ８年 中 国 地 质 大 学 （ 汉 ） 毕 业 ，硕 士 生 ，现 主 要 从 事 油 藏 地 质 建 模 与 数 值 模 拟 方 面 的 研 究 武 与学习。
第 ３ 卷 第 ５期 ２
应 用 油 藏 数 值 模 拟 方 法 研 究 聚 驱 后 剩 余 油 分 布 规 律
郭 正１ 不，关 振 良 （ 中国地质大学 （ 武汉）资源学院， 武汉 ４０７） 湖北 ３０４ 杨 永 利 （ 中石化河南油田分公司石油勘探开 发研究院， 河南 南阳４３３） ７１２ 黄 文 欢 ，贾 振 甲 ，陈 琼 瑶 （ 中国地质大学 （ 武汉） 资源学院， 湖北 武汉４０ ４ ３０ ） ７
透储层 。储 集层平 均孔 隙度 ２ ． ％ ，平 均空气 渗透率 １ ５ ｍ。 ３５ ． 。主要 的沉积 相 有分 流河 道 、天 然 堤 、河
口坝 、远砂 坝和 扇三 角洲等 。 Ⅱ断块 已有 ２ 年 的开 发历 史 ，经 历 了天 然 能 量 开 发 阶段 及 长 达 ４年 的水 驱 阶段 ，注 聚 井 数 为 １ ６ １ 口 ，提高 采收率 ２ ４ 。至注 聚结束 采 程度 为 ２ ． ，含水 率 为 ９ ． 。 ． ９１ １２ 根据研 究 区的实 际地质 特征 ，运用 油 藏 建模 软件 建 立 了 下二 门油 田核二 段 某 油 组 的地 质 模 型 （ 图
004001-tNavigator_油藏数值模拟
Passion for GeosciencetNavigator高效精准的油藏数值模拟器趋于完美的最大并行处理设计tNavigator 有效地利用单机多核多CPU 进行计算（不收取附加并行费用），成为业界领先的并行油藏数值模拟器。
集群MPI 并行算法对多核工作站实行多CPU 并行运算 多核多CPU 集群的混合动力技术 高效的内存利用率多核之间统一的负荷分配 非均匀存储器存取tNavigator 所有模块均可并行运算多核CPU 集群的混合动力技术混合动力技术：即二级并行算法。
MPI 算法处理并行集群节点之间的同步，而线程技术是应用在每个节点CPU 和内核，以协调并行计算。
对巨型油藏模型，负载分配得到妥善处理，多核CPU 的集群运算速度最大可提高200倍。
=200!成功案例**油田: 世界最大油田之一，建立三相黑油模型，约500万活网格，近13000口井，40年生产历史。
集群配置:20个节点，40个CPU 的Xeon5650，240cores ，480 GB DDR31333MHz 的内存，4X 的Infiniband QDR （40 GB/ S ）。
基于上述便携式集群进行了RFD 并行算法的性能研究。
油藏模型中庞大的油水井射孔数据信息，对并行模拟是一个非常大的挑战。
但即使在这种极端条件下，混合算法仍然显示极佳的计算性能。
由上图可知，计算集群可以添加很多的内核，目前是没有限制的。
这种模式总的模拟时间是1小时22分钟，相比一个CPU 核心计算需57小时的时间，并行加速因子提速42倍！对于简单的油藏模型，其速度提高50-55倍。
目前行业的可扩展性主要受限于软件，而非硬件。
SMP+ MPI 混合算法提高HPC 集群性能高达10倍。
当集群节点有多个多核CPU 时，能实现最佳的性能。
功能齐全的动态油藏模拟器主要功能：1.黑油模型1-, 2-, 3-phase 模型 IMPES & 全隐式算法 双孔/双渗模型MPF -离散（张量渗透率控制） 岩石压实 垂相平衡先进的井管理和控制相渗和毛管压力，以及滞后效应 ……2.组分模型 挥发油 凝析气循环注气研究 ……3.热采模型活油 (使用 K 平衡值) 粘温性和相对渗透率的影响 热动力学性质，井控制，水体 无流体流动存在的网格热力学性质 上下盖层的热吸收和热损失 双孔/双渗模型 ……其他：模拟运行时的交互性显示、实时结果监测及强大后处理功能tNavigator 丰富的图形用户界面、配置文件和各种报告提供了详细同步数据监测情况，其实时监测功能帮助油藏工程师及时行模型的调整及历史拟合的运行监测。
油藏数值模拟方法研究卫11块剩余油分布
第 ２ ７卷
内 蒙 古 石 油 化 工
１３ １
油 藏 数值 模 拟 方 法 研 究 卫 ｌ 块剩 余 油 分 布 １
闰静 华
摘 要
杜 永波
张 林艳
（ 中原 油 田 分 公 司 勘 探 开 发 科 学 研 究 院 ） （ 原 油 田分 公 司 采 油 二 厂 ） 中
目前 研究 剩余 油 分布 的方 法 主要有 取 芯沽 ， 动态 法 ，： ｝ 藏数 值模 拟 法等 。 ｌ ｈ 卫 １块 由于 内部存 在多条 小断 层 ， 构造 较 为破 碎 ， 由于受 到小 断层 的影 响， 且 构造 相对 复 杂。 些 都为 研究 工 怍带来 一定 困 难 ，『 这 １ ｉ ｉ
３ １ 模 拟 层 的 划 分 ．
维普资讯
ｌ４ １
３ ２ 网 格 系统 的 建 立 ．
油藏 数 值 模 拟 方法 研 究卫 １ ］块 剩余 油 分 布
第２ ７卷
模拟 所 采用 的网 络系 统需 综 合考 虑 油藏 的实 际形 状 及断 层 走 向 ， 面上 网 络 划分 选取 沿断 层 走 向 平 的 非正 交 网络 ， 格 应尽 量使 井 处于 网格 中心 ． 格 的疏 密程 度 既要 能使 之有 效 的控 制 油 水流 动 变化 ， 网 网 又 要 考 虑 到 计 算 的 要 求 （ 图 １ 。 高 产 区 井 密 的 地 方 可 能 用 密 网 格 以 便 详 细 描 述 地 层 内 的 油 水 运 见 ） 在 尽
向相交 形成 断 阶式 断块 ， 以新卫 １ ７断层 为界 地 势 南低北 高 ， 南 ２ 西低东 高 ， 呈北 东一 南西 走 向 ， 主力宙
油 层 位 于 沙 三 下 ４ ６砂 组 ， 藏 油 气 界 面 为 一 ２ ７ ｍ ， 水 系 统 呈 明 显 层 状 油 藏 特 点 ， 水 界 面 在 — 油 ６ｏ 油 油
油藏数值模拟技术在大庆高含水油田的应用
数 值模 拟 方法 就是 利用 油水 渗 流理 论 ，对各 层段 的剩余 油形 成过 程进 行模 拟 ，弄 清油水 运动 规律 ，定量
刻 画 不 同时期 的油 水分 布 ，动态 描 述剩余 油 的分 布 和变 化 ，反 映出各 个 阶段各 层 的剩余 油分 布状 况 ，总 结 剩余 油分 布 规律 ，并 提供 相应 的挖潜 措施 。
主 体 席 状 砂 ２种 微 相 。
北三 区经 过 多年 的稳 产高 产 ，油水 分 布非 常复 杂 。加之 油层 多 ，层 系之 间的差 异大 ，井 网划 分跨层 系现 象较 为普 遍 ，而且 目前在水 驱基 础 上 ，还 采用 了多 种 三 次 采 油 工 艺 ，特 别 是 进 入 高含 水 后 期 开 发
田 宏 （ 渤海钻探工程公司油 气合作开发分公司， 天津 ３ｏ８） ０２０
［ 要 ］ 经 过 多年 的 稳产 高 产 ， 大 庆 油 田进 入 高含 水 阶 段 ， 由 于 油 层 多 ，层 系 之 间 的 差 异 大 ， 井 网 划 分 跨 摘 层 系 现 象 较 为 普 遍 ， 剩余 油 分 布 越 来 越 复 杂 ，给 油 田 稳 产 和 调 整 挖 潜 带 来 的 难 度 越 来 越 大 ， 剩 余 油 分 布 预 测 成 为 高 含 水 期 油 田 的 开发 关键 。 为 定 量 分 析 大 庆 油 田进 入 高 含 水 期 的 剩 余 油分 布 特 征 ， 以精 细 油 藏 描 述 为 基 础 ，结 合 油 藏 开 发 动 态 ， 利 用 油 藏 数 值 模 拟 技 术 再 现 油 藏 生 产 过 程 和 不 同 时 期 油水 分 布 。 基 于 大庆 油 田北 三 区西 部 开 发 数据 和 监 测 资 料 ， 利 用 地 质 模 型 对 区 块 生 产 过 程 进 行 了模 拟 ，再 现 了油 藏 开 发 历 程 。 由于 层 段 多 、砂 体 形 态 复 杂 、 层 内 非 均 质 性 较 严 重 ， 油 层 部 分 部 位 控 制 程 度 相 对 较 差 ，在 油 层 的 边 角部 位 、 差 油 层 及 层 内差 储 层 段 成 为 剩 余 油 分 布 的 集 中 区。 以该 剩 余 油 的分 布 特 征 提 供 相 应 的 措 施 调 整 ，从 而 解 决 油 藏 注 水 开 发 中 的 ３大 矛 盾 ， 对 油 田开 发 生 产 起 到 了很 好 的指 导 作 用 。 ［ 键 词 ］ 高 含 水 ； 油 藏 数 值模 拟 ；剩 余 油 关
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油藏数值模拟方法的研究与应用
石油资源是当今社会最为珍贵且不可替代的能源之一，而油藏数值模拟技术则是石油勘探、开发和管理的重要手段之一。
油藏数值模拟方法的研究与应用，对于油田开发的智能化、精细化和高效化都具有重要的推动作用。
一、数值模拟方法的研究现状
油藏数值模拟方法指的是基于数学模型及计算机模拟技术，对油藏内部流动、热输运、多相流、相变和化学反应等物理过程进行模拟，以提高油藏开发效率的一种方法。
目前，油藏数值模拟方法主要涉及的领域包括油藏地质建模、储层渗流模拟、油藏数值模型及优化策略等。
油藏地质建模是油藏数值模拟的前提和基础，主要包括储层建模和岩石物理实验等。
储层建模是基于建模软件和地震资料所进行的三维建模，目的是建立一个可自动进行各种模拟的储层，为储层渗流模拟等后续工作提供可靠依据。
而岩石物理实验则是通过物理试验手段获得相关岩石参数，有效地改进数值模拟精度。
储层渗流模拟方法又是油藏数值模拟的核心和关键，主要涉及到流体运动、物性变化、交界面的模拟等方面，是建立油藏模型的核心部分。
随着计算机技术的不断提高，储层渗流模拟算法也
日益成熟，包括有限元法、有限差分法、有限体积法、边界元法
等方法，各有特点和适用范围。
油藏数值模型及优化策略则是对储层渗流模拟模型进一步进行
计算优化，包括流体组成、地层物性等参数的改变，以及生产方
案和注采方案优化等内容。
这里的优化算法主要包括灰色预测模型、神经网络模型、智能优化模型等。
二、油藏数值模拟的应用与发展趋势
油藏数值模拟技术在油田开发中的应用，包括识别储层、评估
资源量、确定开发方案、指导油田管理和维护等方面。
具体地说，通过数值模拟可以有效地预测储层内油、气、水等多相流的运动
情况，优化生产方案，降低开采成本，提高采收率，最大限度地
提高油田开发效益。
当前，随着油藏数值模拟方法和技术的发展，越来越多的数据
和算法被应用到油田开发中。
其中，人工智能技术得到了广泛的
应用，包括机器学习、深度学习、自然语言处理等。
此外，虚拟
现实技术的应用也越来越受到重视，这种技术可以在油藏模拟中
模拟地层结构、变化规律以及各种仿真操作等。
未来，随着油藏数值模拟技术不断发展，可以预见的是，这种
技术将在油田生产管理和工程技术研究中发挥越来越重要的作用，
同时，将会引发更多技术创新和应用场景的不断涌现，为油田开发的不断创新提供强大的技术支撑和保障。