油气藏数值模拟的新方法及其应用
数值模拟方法在油气地球物理中的应用
数值模拟方法在油气地球物理中的应用在油气勘探和开发过程中，需要对地下油气储层进行精细的描述和分析。
由于油气储层的复杂性，传统的地球物理勘探方法已经不能满足需求。
数值模拟方法因其准确性和高效性逐渐成为油气地球物理领域中重要的工具。
本文将介绍数值模拟方法在油气地球物理中的应用。
一、数值模拟方法简介数值模拟方法是用计算机模拟和计算各种自然现象的方法。
通过建立数学模型和计算机模拟，可以得出某种自然现象的相应结果。
数值模拟方法可以涉及多个科学领域，如物理学、力学、化学、材料学、地球科学等。
在油气地球物理中，数值模拟方法主要运用于以下四个方面。
1. 油气储层模拟油气储层模拟是油气地球物理中最主要的领域之一。
建立油气储层模型需要考虑储层中存在的水和油的相对分布和运动规律。
数值模拟方法可以通过建立油气储层的三维数学模型，分析储层物性、水力特征、相渗透率等关键参数，并预测未来的油气产能。
2. 油气地质模拟油气地质模拟是建立正式的油气开发方案之前的重要步骤。
数值模拟方法可以通过建立油气藏的数学模型，分析岩心性质、残余油气分布、地质构造等因素，从而评估潜在的油气产能和盈亏情况，为油气开发提供可靠的依据。
3. 油井生产模拟油井生产模拟是分析油井产能和生产过程中产生的一些问题的关键步骤。
数值模拟方法可以建立油井数学模型，分析油井产量、温度、压力等参数的变化规律，以及各个工艺组件的耐久性、维修情况等因素，为油井稳定产出和诊断问题提供依据。
4. 油气地震模拟油气地震模拟是油气地球物理领域中最为复杂的模拟之一。
数值模拟方法可以建立地震波传播的数学模型，分析地下介质的特征，为开发油气资源提供准确的地下结构和油气分布信息。
二、数值模拟方法的应用1. 油气储层模拟油气储层模拟的主要目的是预测和优化油气生产。
模拟结果可以指导油田开发方案的制订，包括井位选址、产量预测、水驱辅助等方面。
通过数值模拟方法可以更准确地分析油气储层中的水和油的相互作用，从而预测油气产量，并进行调整和优化。
油藏数值模拟自动历史拟合方法——以Nelson油田为例
算法【８１、模拟退火‘９１、邻域法（ＮＡ）㈣。概率算法如
’此文为作者Ｓｃｈｅ限ｅｓｆｏｒａｕｔｏｍａｔｉｃｈｉｓｔｏｒｙｍａｔｃｈｉｎｇｏｆｒｅｓｅｒｖｏｉｒｍｏｄｅｌｉｎｇ：Ａｃ酗ｅｏｆＮｅ始ａｎ ｏｉｌｆｉｅｌｄｉｎｆｋ￡Ⅸ的中译稿。原文请 参照我刊国际发行网站：ｗｗｗ．ｓｃｉｅｎｃｅｄｉｒｅｅｔ．ｃｏｒｎ／ｓｃｉｅｎｃｅ．ｊｏｕｒｎａｌ／１８７６３８０４。此文中英文稿在编译过程中由黄旭日博士审校。
ｓｃｈｅｍｅｓ，ａｕｔｏｍａｔｉｃ
ｈｉｓｔｏｒｙ ｍａｔｃｈｍｇ，ｄａｔａ ａｎａｌｙｓｉｓ，ａｎｄ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｏｆｔｈｅ ｂｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔｓ ｔｏ ｏｂｔａｉｎ ｏｆ Ｎｅｌｓｏｎ ｆｉｅｌｄ ａｐｐｒｏａｃｈ ｉｇ ｃｏｎｄｔｔｅｔｅｄ ｕｓｉｎｇ
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ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｈｉｓｔｏｒｙ ｍａｔｃｈｉｎｇ；ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｕｐｄａｔｉｎｇ ｓｃｈｅｍｅ；ｔｉｍｅ・ｌａｐｓｅ（４Ｄ）ｈｉｓｔｏｒｙ ｍａｔｃｈｉｎｇ；ｍｉｓｆｉｔ
ｍａｔｃｈｅｄ ｒｅｓｕｌｔｓ ｂｙ ｒｅｄｕｃｉｌｌｇ山ｅ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌｓ，ｓａｖｉｎｇ ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ ｔｉｍｅ ｍａｄ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｔｈｅ ｓｉｎｇｌｅ．ｖａｒｉａｂｌｅ ａｐｐｒｏａｃｈ ｉｓ Ｒｅｇｉｏｎａｌ ｔｈｅｒｅ
ａｒｅ
ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ
习
油藏数值模拟基础培训(第一讲)
REALITY，INNOVATION,TRANSCENDENCY
油藏数值模拟的方法原理
vx x vy y
vz zz
vy yy
z
vx xx
y x
vz z
质量守恒方程/连续性方程：根据物
质平衡原理，流入单元体中的流体流量 减去流出单元体流体流量等于单元体流 体质量变化。
xvxyvyzvzq t
油藏数值模拟的作用
——有效的油田开发科学决策工具！
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。
•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
单/多相流公式
离散化
线性化
开采 过程
非线性偏 微分方程
非线性 代数方程
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。
②建立数值模型
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。
油藏数值模拟的方法原理
——几点说明
●描述油藏流体渗流这一具体物理过程的完整的数学模型是非线性的偏微分方 程，不宜直接求解，需要通过离散转化成比较容易求解的代数方程组。离散方 法一般为有限差分法。
●离散后形成的代数方程组是非线性的差分方程组，还要采用某种线性化方法 将其线性化，然后求解。常用的线性化方法有显示方法、半隐式方法或全隐式 方法等。
求实 创新 超越
油气藏数值模拟技术在带油环凝析气藏开发中的应用
容 包括合 理井 网井 距 和 水平 井 适 应 性 、 同水 平 井 不 井 段长度 、 同驱 动方式 （ 不 如枯 竭式 、 注水 、 环 注气 循 等） 及油气 开发顺 序 等 ， 结果一 方 面为该 区块提供 其 合理 开发 方案奠 定 了理 论 基 础 ， 一 方 面对 于类 似 另 凝析气 藏 的开发 也具 有一定 借鉴 意义 。
油 环 凝 析 气 藏 是 目前 我 国油 田开 发 的 一 项 挑 战 。 油 气 藏 数 值 模 拟 技 术 作 为 油 田 开 发 决 策 的 工
根据该 凝析 气藏 的特征 选取 多组 份多相 流体渗
流模 型进行 数值模 拟研 究 ， 型 充 分考 虑 了该凝 析 模 气藏 的非 均质特 征 ， 于纵 向上 隔 夹层 的影 响 以及 对
基 础 ， 于提高油气藏 的最终 采收率具有较强 的现实 对 意义口 。对 于带油环 的 凝析 气藏 其 合理井 网井距 研 ］ 究包括油 环合 理井距 和凝析 气藏合理井距两个方 面 。
２ １ 油 环 合 理 井 距 研 究 ．
１ 气 藏 概 况 及 模 型 选 择
滩 海 某 区块 为 新 发 现 的 带 油 环 凝 析 气 藏 ， 气 该
和 纵 向 连 通 性 均 较 差 ， 边 底 水 不 活 跃 。 该 区 块 含 且
气 面积 ５ ３ ｋ ， ． ｍ。 凝析气 地质 储量 为 ３ ． ２×１ 。 ２１ ０ ｍ。 （ 中天然气 地质 储 量 ３ ． ３×１ １。 凝 析 油地 质 其 ０１ ０ Ｔ ， Ｉ
具 ， 现代油 气藏开 发 中发挥 着重要 的作 用 ， 要用 在 主
油藏数值模拟全面解释
前言：油藏数值模拟是随着计算机的发展，而在石油行业中逐步成为一门成熟的技术。
追溯油藏数值模拟的发展史，从30年代开始研究渗流力学到50年代在石油工业方面得以应用，到70年代进入商品化阶段，而80年代油藏数值模拟又向完善、配套、大型多功能一体化综合性软件飞跃发展。
近十年油藏数值模拟已成为油田开发研究，解决油田开发决策问题的有力工具。
在衡量油田开发好坏、预测投资、对比油田开发方案、评价提高采收率方法等方面应用都极为广泛。
油藏数值模拟就是应用数学模型再现实际油田生产动态。
具体通过渗流力学方程借用大型计算机，结合地震、地质、测井、油藏工程学等方法在建立的三维地层属性参数场中，对数学方程进行求解，实现再现油田生产历史，解决油田实际问题。
油藏数值模拟是一门综合性很强的科学技术，涉及油田地质、油层物理、油藏工程、采油工程、测井、数学、计算机及系统等学科。
而油藏数值模拟工作又以其繁重的前期准备和上机历史拟合运算工作让人望而生畏。
那么如何做好前期资料准备工作和尽快掌握模拟技巧？使得今后的油藏数值模拟工作在作业区顺利开展，便是出此书的目的所在。
本书结合以往工作中的实际经验教训，成功与失败，参考诸多资料从前期数据准备工作开始到模拟技巧做了较为的详细介绍，以舐读者。
有不妥之处，请予指证。
同时，今后不定期的将更新的模拟技术及方法推荐给大家。
目录一、数值模拟发展概况二、数值模拟的基本原理二、选择适当的数值模型及相类三、数据录取准备工作（一）建立油藏地质模型（二）网格选择（三）数据录入准备四、历史拟合方法及技巧（一）确定模型参数的可调范围（二）对模型参数全面检查（四）历史拟合附件1：关于实测压力的皮斯曼校正附件2：关于烃类有效孔隙体积的计算一、数值模拟发展概况30年代人们开始研究地下流体渗流规律并将理论用于石油开发；50年代在模似计算的方法方面，取得较大进展；60年代起步，人们开始用计算机解决油田开发上的一些较为简单间题，由于当时计算机的速度只有每秒几万到几十万次，实际上只能做些简单的科学运算；70 年后主要体现于计算机的快速升级带动了油藏数模的迅猛发展，大型标量机计算速度达到100--500万次，内存也高增主约16兆字节。
新一代油藏数值模拟技术
500 400 300 200 100 0
1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000
油气井产能
油田规模
E&P 人力资源
6
勘探生产（E&P）投资预测
The demand for oil will grow 20% in the next 10 years
i-field通过仪器进行实时的信息采集，使得 我们能够进行实时的调控，最终使我们能够根 据资产的需要建立创新的解决方案。
墨西哥湾：下第三系岩层深处
国际油气公司雪弗龙 集团 (2006年9月5日) 表示，在墨西哥湾深 海钻探成功，为目前 在“一体化机制下最大 的发现” - 落实了30亿 桶（约4.3亿吨）以上 的油气储量 。
具体问题 的 应用模型
“动态定 制”
• 统一质量守恒 • 统一动量守恒 • 统一能量守恒 （引入广泛流固 物理化学现象 的）
传统的“套用”模式
公共基础平台
25
油藏数值模拟技术的发展趋势
2.
变传统的单一流程到集成协同化流程：
地质模型 分层 模拟网格 属性
单 一 流 程
后处理 模拟运算 评价
26
油藏数值模拟技术的发展趋势
y = 187.69x + 9326.9
Development project build cycle time improvement
90%
% of first project
% of initial Typical learning curve 80%
70%
9,000
60%
8,000
油藏数值模拟方法(2020年7月整理).pdf
第一章油藏数值模拟方法分析1.1油藏数值模拟1.1.1油藏数值模拟简述油藏数值模拟是根据油气藏地质及开发实际情况，通过建立描述油气藏中流体渗流规律的数学模型，并利用计算机求得数值解来研究其运动变化规律。
其实质就是利用数学、地质、物理、计算机等理论方法技术对实际油藏的复制。
其基础理论是基于达西渗流定律。
油藏数值模拟就是利用建立起的数学模型来展现真实油藏动态，同时采用流体力学来模拟实际的油田开采的一个过程。
基本原理是把生产或注人动态作为确定值，通过调整模型的不确定因素使计算的确定值(生产动态)与实际吻合。
其数学模型，是通过一组方程组，在一定假设条件下，描述油藏真实的物理过程。
充分考虑了油藏构造形态、断层位置、油砂体分布、油藏孔隙度、渗透率、饱和度和流体PVT性质的变化等因素。
这组流动方程组由运动方程、状态方程和连续方程所组成。
油藏数值模拟是以应用数学模型为基础的用来再现油田实际生产动态的过程。
具体是综合运用地震，地质、油藏工程、测井等方法，通过渗流力学，借助大型计算机为介质条件建立三维底层模型参数场中，对数学方程求解重现油田生产历史，解决实际问题。
油藏数值模拟技术从50 年代的提出到90 年代间历经40 年的发展，日益成熟。
现在进入另外一个发展周期。
近十年油藏数值模拟为油田开发研究和解决实际决策问题提供强有力的支持。
在油田开发好坏的衡量、投资预测及油田开发方案的优选、评价采收指标等应用非常广泛。
油藏数值模拟功能包括两大部分：①复杂渗流力学研究，②实际油气藏开发过程整体模拟研究，且可重复、周期短、费用低。
图1 油藏数值模拟流程图1.1.2油藏数值模拟的类型油藏数值模拟类型的划分方法有多种，划分时最常用的标准是油藏类型、需要模拟的油藏流体类型和目标油藏中发生的开采过程，也可以根据油气藏特性及开发时需要处理的各种各样的复杂问题而设定，油气藏特性和油气性质不同，选择的模型也不同，还可以根据油藏数值模拟模型所使用的坐标系、空间维数和相态数来划分。
非常规油气藏数值模拟关键技术及工业化应用
非常规油气藏数值模拟关键技术及工业化应用现代油气勘探与开发发展到现在，常规油气资源日趋枯竭，非常规油气资源成为当前全球油气产业的发展热点。
美国页岩气、加拿大油砂、中国大庆地区稠油等非常规油气藏的开发，对于提高全球油气安全供应、促进经济发展和改善环境质量都具有重要意义。
而非常规油气藏的储量在全球能源市场中占据了越来越重要的地位。
数值模拟技术是非常规油气藏开发的重要手段。
它不仅可以更好地理解油气藏的复杂结构，还可以精确预测油气藏的储量、生产特征、水平井的布置方案以及地面开采工艺等，对于合理优化非常规油气开发策略有着不可替代的作用。
（1）非常规油气藏的三维建模：采用地质学和地球物理学的信息，对非常规油气藏进行三维建模。
通过三维建模，可以更好地理解油气藏的储量、分布情况、构造特征以及影响油气产出的各种因素等。
建模的结果可以为油气开发的决策提供参考依据。
（2）多相流动模拟技术：非常规油气藏是由多相岩石、多相流体和多相界面组成的复杂体系，因此需要采用多相流动模拟技术来分析和计算油气的迁移和空间分布特征，预测油气的产量和开采效果。
多相流动模拟技术的准确性和精度是非常重要的，因此需要对渗流规律、相态变化、微观孔隙结构和多孔介质参数等进行深入研究和提高。
（3）裂缝、孔洞和断层模拟技术：非常规油气藏存在着裂缝、孔洞和断层等复杂结构，这些结构对油气的迁移和分布产生了重要影响。
采用裂缝、孔洞和断层模拟技术可以更好地理解油气藏的形态结构，进一步优化非常规油气藏的开发方案。
（4）多尺度模拟技术：非常规油气藏是一个多尺度、多层次、多物理场耦合的复杂系统。
采用多尺度模拟技术，可以进行储层、地表和采油系统的多尺度模拟，从而实现非常规油气藏的真实模拟和优化设计。
（5）数据整合和不确定性分析技术：非常规油气藏开发面临着数据缺乏、认识不足、参数不确定等难题。
因此，需要对地球物理数据、地质数据、物性数据等进行有效整合和分析，以获得最准确的地质储量预测和开发效果评价数据。
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油气藏数值模拟的新方法及其应用随着现代工业的快速发展，石油和天然气依然是人类社会的燃
料主力，石油和天然气的产量和储量是衡量一个国家经济实力的
重要因素。
而油气藏数值模拟则是石油工业不可或缺的分支之一。
它通过计算机程序处理复杂的地质数据及工程参数，预测油气藏
的开发效果和采油方案，是油田开发中的核心技术之一。
本文将
从油气藏数值模拟的基本原理、方法和应用方面进行探讨。
一、油气藏数值模拟的基本原理
油气藏数值模拟是指通过数学模型和计算机模拟技术，模拟油
气藏的物理过程，预测油气藏的储量、产量及开采规律等，并通
过对数值模拟结果的分析和诊断，确定最优化的开发方式和采油
措施。
数值模拟方法是以油藏为研究对象，从宏观、微观和纳米尺度
上分析油、气、水在油藏中的运移方式和动态行为，考虑地质、
力学、物理、化学、热力学等多个方面因素的综合作用，建立数
学模型，并通过数值计算，模拟油藏物理、化学、生物等多个层
面的过程，并根据实际开发情况进行反馈和调整。
总之，油气藏数值模拟的核心原理是通过建立基于真实地质情
况和实际工程数据的数学模型，对油气藏内部流体状态，如压力、温度、相态变化、流量、相对渗透率、孔隙度、渗透率等进行数
值模拟，以实现油藏储量、构成、分布、产量和生命周期等方面
的全面且科学的预测。
二、油气藏数值模拟的主要方法
油气藏数值模拟主要包括有限差分法、有限元法、特征线法、
边界元法等。
1. 有限差分法
有限差分法是目前应用最广泛的油气藏数值模拟方法。
它是以
石油、天然气藏中流体的物理、化学性质和地质结构参数作为输
入条件，以压力和流量作为输出条件，利用有限差分法的离散化
方法，通过一系列的数值计算，求解一组偏微分方程组，得到油
气藏中流体的压力、温度、相态、饱和度等变化情况。
2. 有限元法
有限元法是建立在有限元方法的基础上，对油气藏动态流体作用现象进行分析模拟的一种数值方法。
它通过将石油、天然气藏结构进行划分，将各区域的流体性质和物理参数进行离散化，建立控制方程和状态方程，运用有限元法，通过一系列步骤求解得到流体的压力、温度、饱和度等参数的变化情况。
3. 特征线法
特征线法是另一种经典的数值模拟法，是近年来研究的热点之一。
它主要利用特征线将控制方程划分成小的模块，再利用离散化和求解压力变化，模拟油气藏中流体的运移过程和渗流行为，从而预测油藏的采出率、储量，以及油藏中水位的变化等。
4. 边界元法
边界元法是一种新近发展起来的数值模拟方法。
它采用边界曲线上已知条件为基础，按照边界曲线对空间进行离散化，再将控
制方程离散化，通过计算出边界及场量边界上的全部自由度来获得场量分布，从而求解压力、温度、流量等参数。
三、油气藏数值模拟的主要应用
通过油气藏数值模拟技术，可以在真实油气藏基础上，建立模拟油藏模型，预测油气藏的开采量和工艺参数，为油气藏开发决策提供理论依据。
主要应用来分析海洋油气藏、陆相油气藏及顶层气藏开发工艺，讨论激发修复、注水开采、水驱、气驱、吸附驱和其他常规油藏该如何开采最优效益。
并针对现有油气藏生产水平，评估油气储量，以及有效地指导一级储量、二级储量和三级储量的勘探工作。
同时，油气藏数值模拟技术也有较为广泛的应用，在自然资源的开发利用上有较为重要的帮助。
比如可以对数值模拟过程中的适应层面进行改进，已达到最佳的应用效果。
总之，充分发挥油气藏数值模拟技术的优势，能够大幅度提高油气田的开采效益和经济收益，同时也为石油设备制造商、油气储运公司等提供解决方案，更好地为人类社会各行各业提供便捷的工业装备和技术服务。