《油藏数值模拟》绪论
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《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。
=====油藏数值模拟简介
油藏数值模拟油藏数值模拟是随着电子计算机的出现和发展而成长的一门新学科，在国内外都取得了迅速的发展和广泛的应用。
1953年美国G..H.BUCE等人发表了《孔隙介质不稳定气体渗流的计算》后，为用数值方法计算油气藏渗流问题开辟了道路。
三十多年来，由于大型快速电子计算机的迅速发展，大大地促进了数值模拟方法的广泛应用。
20世纪60年代初期研究了多维多相的黑油模型；20世纪70年代初期研究了组分模型、混相模型和热力采油模型；20世纪70年代末期研究各种化学驱油模型。
目前，黑油、混相和热力采油模型已经投入工业性应用，并已经成为商业性软件，化学驱油模型也正日趋完善。
油藏数值模拟方法是迄今为止定量地描述在非均质地层中多相流体流动规律的惟一方法。
例如许多常规方法要假定油层为圆形的均匀介质，如油藏几何形状稍复杂一些，且为非均质介质，则求解非常困难，甚至无法求解。
而对油气藏数值模拟而言，计算形态复杂的非均质油藏和计算简单形态的均质油藏工作量几乎是一样的。
因此油藏数值模拟可解决其它方法不能解决的问题。
对于其它方法能解决的问题，用数值模拟方法可以更快、更省、更方便、更可靠地解决，并增加其它分析方法的可信度。
一个油气藏，在现实中只能开发一次。
但应用油藏数值模拟，可以很容易地重复计算不同开发方式的开发过程，因此人们可以从中选出最好的开发方法。
因此，对油藏工程师而言，数值模拟给动态分析提供了一种快速、精确的综合性方法；对管理者而言，数值模拟提供了不同开采计划的比较结果；对尚无经验的工程师而言，数值模拟则是有效的培训工具。
数值模拟研究的主要工作程序对一个油气藏进行综合的数模研究，往往需要花较大的精力和较长时间（有时会达一年甚至更长的时间），同时还对计算机硬件和技术人员有很高的要求，然而尽管在不同的项目中，面对的问题会千差万别，但大多数油藏数值模拟的基本研究过程是一样的。
为了使读者一开始就对数模研究工作有一个明确的整体概念，下面简要地介绍一下油藏数值模拟的主要工作程序。
油藏数值模拟基础
?活性剂驱?聚合物驱?混相驱思考题水平井模型第二章数学模型第一节数学模型的分类和推导原则一数学模型的分类按空间维数来分零维物质平衡方程一维岩心水驱油注采井间动态二维三维按流体相数来分单相气藏油藏弹性开发两相气藏水驱油藏水驱三相按流体组分来分单组分两组分按岩石类型来分单重介质砂岩双重介质碳酸盐岩低渗透油田按模型功能来分黑油模型凝析气藏模型双重介质模型热采模型基本模型聚合物驱模型三元复合驱模型水平井模型守恒关系运动方程状态方程辅助方程物质平衡关系能量平衡关系渗流darcy定律扩散fick定律导热fourier定律流体状态方程岩石状态方程流动辅助方程参数辅助方程化学辅助方程物理辅助方程偏微分方程组质量守恒方程组能量守恒方程质量守恒方程单位时间内流入单元体的流体质量单位时间内流出单元体的流体质量单位时间内从单元体注入或采出的流体质量单位时间内单元体中的质量增加量积分法2运动方程多相gradp为流体的屈服应力4含有启动压力低渗透岩石岩石压缩系数孔隙压缩系数气体理想气体实际气体nrtpv常数actualideal实际理想4
从离散的程度看，精度和速度是矛盾的。
三、 用途
• 油藏描述
• 油藏动态预测
• 驱油机理研究
1. 油藏描述
油藏描述是油田开发的基础，是一项系统工程，由多学科各种方
法联合研究的结果。油藏数值模拟作为一种方法，在油藏描述中起了一
定的作用。－不同的方法研究的尺度不同
1) 孔隙结构研究 ~10μm级
CT 、核磁共振 、图象分析仪、 微观驱油机理、毛管压力实验
油藏数值模拟基础
华北油田培训班课程
中国石油大学石油工程学院 2008年9月
第一章 油藏数值模拟进展
• 油藏数值模拟的基本概念
• 80年代的油藏数值模拟进展 • 90年代的油藏数值模拟进展
从离散的程度看，精度和速度是矛盾的。
三、 用途
• 油藏描述
• 油藏动态预测
• 驱油机理研究
1. 油藏描述
油藏描述是油田开发的基础，是一项系统工程，由多学科各种方
法联合研究的结果。油藏数值模拟作为一种方法，在油藏描述中起了一
定的作用。－不同的方法研究的尺度不同
1) 孔隙结构研究 ~10μm级
CT 、核磁共振 、图象分析仪、 微观驱油机理、毛管压力实验
油藏数值模拟基础
华北油田培训班课程
中国石油大学石油工程学院 2008年9月
第一章 油藏数值模拟进展
• 油藏数值模拟的基本概念
• 80年代的油藏数值模拟进展 • 90年代的油藏数值模拟进展
高等油藏物理 第6章-油藏数值模拟的步骤
选择合理的开发方案。
4. 数值模拟的过程
方案预测及最优方案推荐
方案预测一般包括：“新区开发方案预测”和“老区开发方案预 测” （1）老区开发方案预测
A.加密井或局部新井投产。 B.根据剩余油分布开采层段补孔； C.封堵油井高含水层； D.增大生产压差或改间歇开采等； E.增加或限制注水，根据高含水层突进方向进行平面调整； F.老井和高含水井转注； H.局部打新井完善注采关系。 I.生产井侧钻
2.计算渗流力学的步骤
建立数学模型 即建立一套描述油藏中 流体的偏微分方程组，包括 初、边值问题。 建立数值模型 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
建立数学模型
建立数值模型
建立计算机模型
建立计算机模型
油藏动态预测
在油藏开发的不同阶段，利 用数值模拟进行动态预测，有不 油藏动态预测的步骤为： 同的用途
规划方案 静态 开发前期
选择模型 输入资料
灵敏度试验
动态
Kr、C fw、C
开发方案
开发初期
调整方案
开发中期
历史拟合
动态预测
定QO,Qw,Q 方案
开发后期
4. 数值模拟的过程
注意！模拟计算时常常出现迭代失败或速度很慢情况，不排除计算软件的稳
定性问题，主要和模型有关。一般需检查以下数据：是否有大量的小孔隙网 格存在？网格是否严重扭曲？是否有大量的非相邻网格存在（ECLIPSE软件有 提示）？井射孔位臵是否是错误的？含水率是否太快？模型地层是否能够提 供足够的产量，是否能够容纳配注量？迭代控制参数是否合理？相渗曲线是 否严重扭曲？
5.油藏数值模拟原理和方法
数 值 模 拟 方 法
数值模拟方法的应用步骤
二、基础资料准备
(二)生产动态资料
⒈完井与油层改造资料：射孔、补孔及其它完井方式资 料、压裂及酸化资料等。 ⒉油水井生产动态数据：产油(液)量、含水率、生产气 油比、注水量等。 ⒊油水井动态监测资料：油水井产液和吸水剖面、关井 测压资料或静液面、井底流压或油层动液面等。
水 （104m3）
2264.3 798.1 3233.2 2349 1313.9 367.1 10325.6
1：15
埕东西区馆下7砂组实际的地质储量为655×104吨，模拟地质储量为 658.18×104 吨，拟合误差为 0.45 ％。埕东西区馆下 52 砂组实际的地 质储量为 165×104吨，模拟地质储量为 165.89×104 吨，拟合误差为 0.54％。
数模 模型的建立 （一）
数模 模型的建立 （一）
顶部构造图
数模 模型的建立 （一） 砂体厚度分布图
有效厚度分布图
数模 模型的建立 （一） 孔隙度分布图
渗透率分布图
二、流 体 模 型
1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0 0.2 0.4 0.6 水相饱和度 krw kro
3） 根据历史拟合的结果，在地下含水低，但储 量 丰 度 大 的 部 位 新 钻 四 口 生 产 井 (c111,c222,c333,c444) ，生产压差控制在 3MPa 。 新井井位如图13所示。
结果分析 及 生产预 测 （二）
结果分析 及 生产预 测 （二）
如果按目前液量生产（即方案1），则到2005年底，埕东西区7 砂组综合含水将达93％，采出程度为8.8％。而按方案2及方案3 生产，则到2005年底，7砂组综合含水将分别为95％和92％，采 出程度分别为12.37％和10.04％。
油田开发动态分析方法之油藏数值模拟重点ppt课件
4、历史拟合需要耗费操作人员大量的时间和精力。因此而 无法在一定的时间内利用更多的测试资料（如分层测试资料） 进行精细拟合。
5、由于以上原因，数值模拟还难以用来制定 分层措施方案，有些油藏问题尚无法准确计算，
只能做机理性的描述。
此课件下载可自行编辑修改，供参考！ 感谢您的支持，我们努力做得更好！
（3）地层水高压物性资料：
粘度—压力曲线、粘度—温度曲线、 密度—压力曲线、压缩系数—压力曲线；
（4）岩石高压物性资料：
压缩系数—压力曲线；
（5）相对渗透率曲线。
5、注入、采出井动态资料
注入、采出井井史。
6、分层测试、试油、试井资料（可用于历史拟合） 7、措施记录
投产井井位、井型，措施类型、层位、时间。
四、后处理
把结果输出部分的数据形成数据库，并处理需要的图形、曲线和表格 等。图1-21 剩余油量场
图1-22 输出表格控制
五、历史拟合
由于输入数据、数学模型、解法和计算机程序不可避免地存在误差，所以， 计算结果也必然有误差。为了使预测结果更准确，要对输入数据进行修正，使 预测的产量、含水率、压力等指标与实际值吻合，这就是历史拟合。
（1）系数中的未知量一部分直接用上个时间步时的值，另外一些用本步 刚计算出来的值，也是得到一个线性方程组。
（2）系数做近似处理，如下图和公式所示。
f (t)
f(n 1 )f(n ) f(n ) t
图1-19 系数处理方式
3、全隐式处理方法
系数中的所有未知量都直接用本时间步的值，但采用迭代算法，迭代初 值用上个时间步的值，而每一步迭代计算则是解一个线性方程组。
8、特殊驱油方式下所需要的资料
如：聚合物驱水溶液粘度—浓度曲线、聚合物溶液流变曲线等
5、由于以上原因，数值模拟还难以用来制定 分层措施方案，有些油藏问题尚无法准确计算，
只能做机理性的描述。
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（3）地层水高压物性资料：
粘度—压力曲线、粘度—温度曲线、 密度—压力曲线、压缩系数—压力曲线；
（4）岩石高压物性资料：
压缩系数—压力曲线；
（5）相对渗透率曲线。
5、注入、采出井动态资料
注入、采出井井史。
6、分层测试、试油、试井资料（可用于历史拟合） 7、措施记录
投产井井位、井型，措施类型、层位、时间。
四、后处理
把结果输出部分的数据形成数据库，并处理需要的图形、曲线和表格 等。图1-21 剩余油量场
图1-22 输出表格控制
五、历史拟合
由于输入数据、数学模型、解法和计算机程序不可避免地存在误差，所以， 计算结果也必然有误差。为了使预测结果更准确，要对输入数据进行修正，使 预测的产量、含水率、压力等指标与实际值吻合，这就是历史拟合。
（1）系数中的未知量一部分直接用上个时间步时的值，另外一些用本步 刚计算出来的值，也是得到一个线性方程组。
（2）系数做近似处理，如下图和公式所示。
f (t)
f(n 1 )f(n ) f(n ) t
图1-19 系数处理方式
3、全隐式处理方法
系数中的所有未知量都直接用本时间步的值，但采用迭代算法，迭代初 值用上个时间步的值，而每一步迭代计算则是解一个线性方程组。
8、特殊驱油方式下所需要的资料
如：聚合物驱水溶液粘度—浓度曲线、聚合物溶液流变曲线等
油藏数值模拟李淑霞32学时
油藏数值模拟的主要内容和步骤
1. 建立数学模型
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。
2. 建立数值模型
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
偏微分方程组 离散化
有限差分方程Байду номын сангаас 线性化
油藏数值模拟的主要内容和步骤
二、主要步骤
• 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）
油藏数值模拟的主要内容和步骤
定解条件
第一节 数学模型的分类
1. 按空间维数来分 零维、一维、二维、三维
2. 按流体相数来分 单相、两相、三相
3. 按流体组分来分 单组分、两组分、…、N组分
4. 按岩石类型来分 单重介质（砂岩） 双重介质（碳酸盐岩）
数学模型的分类
5. 按模型功能来分 黑油模型 凝析气藏模型 双重介质模型 热采模型 聚合物驱模型 三元复合驱模型 水平井模型 ……
1. 模型选择（Select Model）
• 根据油藏的实际情况
• 根据所要解决的问题的要求
举例： ① 对没有活跃边、底水的气藏，选简单的单相气体渗流模型 ② 对常规原油（即不发生反凝析现象的油藏），选黑油模型 ③ 常规原油，采用注水开发，且保持P>Pb，可选用油水两相模型 ④ 对凝析气藏、高挥发轻质油藏，选用组分模型 ⑤ 对裂缝油藏，要具体分析（双孔单渗、双孔双渗） ⑥ 对热力驱、化学驱、混相驱等，选用相应的特殊模型
油藏数值模拟(讲稿2008)
油藏数值模拟应用--黑油模型的应用
4 专题和机理问题的研究
对比注水、注气和天然枯竭开采动态
研究各种注水方式的效果 研究井距、井网对油藏动态的影响 研究不同开发层系对油藏动态的影响 研究在各种不同开发方案的各种指标 研究单井产量对采收率的影响 研究注水速度对产油量和采收率的影响 研究油藏平面性质和层间非均质性对油藏动态的影响 验证油藏的面积和地质储量 检验油藏数据 为谈判和开发提供必要的数据
Numerical Reservoir Simulation
油气藏数值模拟
重庆科技学院 主讲 戚志林
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；
油藏模拟方法概述基本步骤
—流动特征
如果可能的话，用原始状态的岩心或恢复原始状态的岩心获 得相对渗透率和毛管压力关系 评价注入流体对岩石特征的影响 —每一层的空隙度和渗透率分布 用岩心数据和统计数据建立等值图以显示每一层的孔隙度和 渗透率平面分布 确定空隙度和渗透率是否相关 确定是否存在横向的连续性 划分油藏为许多网格块
油藏数值模拟应用--黑油模型的应用
（1）一次采油 （2）注水、注气 （3）注聚合物、注胶束、注表面活性剂 （4）注CO2和其它混相驱 （5）注蒸汽、火烧 研究剩余油饱和度分布 （1）研究剩余油饱和度分布范围和类型 （2）单井进行调整，改变液流方向、改变注采井别、 改变注水层位 （3）扩大水驱油效率和波及系数 （4）回答油田开发中所遇到的问题及解决问题的方法 评价潜力和提高采收率的方法 （1）确定井位、加密井的位臵 （2）确定产量、开采方式 （3）确定地面和井的设备
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将各种数学模型的计算方法编制成计算机 软件，以便应用软件进行计算得到所需的各 种结果。在模拟过程中，需要收集油藏特征 数据，然后应用该软件进行数值模拟，进而 对油田动态进行预测。
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三、油藏数值模拟的主要内容
数学模型
差分离散 差分方程组
数值模型 计算机模型
示意图
线性化 线性方程组
解系数矩阵 求解压力、饱和度
一、国外数值模拟发展状况
30年代：发展开始
当时模拟仅用于预测油藏动态计算，预测采 收率和对比选择开采方法，经济评价。
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第二节 油藏数值模拟发展回顾与展望
一、国外数值模拟发展状况
在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。
油藏数值模拟已成为油田开发研究、解决油田开 发决策问题的强有力的工具，从衡量油田开发效果 的好坏到预测投资、对比油田开发方案、评价提高 采收率方法等，油藏数值模拟得到极为广泛应用。
为什么？
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绪论
一、为什么要进行油藏数值模拟
复杂系统
经验方法 简单平均方法 物理模拟方法
…?
油气田
需要综合科学技术
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5、动态预测
在历史拟合基础上对未来的开发指标进行计算。 这里可分两种情况：一是根据规定的产量变化来预 测地层压力和饱和度的变化；二是依据规定的井底 流动压力变化来预测油气水产量、地层压力和饱和 度的变化。最后整理和分析模拟结果，提出建议， 形成报告。
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第二节 油藏数值模拟发展回顾与展望
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2、对已开发油田历史模拟
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）确定油藏的大小和范围，油层流通情况，边界流动 情况，进一步确定产液量和生产周期；
3）确定油藏、流体特性和含水层范围（用拟合全油 田和单井的压力、含水、气油比历史动态）；
3、油藏数值模拟基础 韩大匡，陈钦雷，闫存章编著，石油工业出版社，1993.2
4、油藏数值模拟方法专题 石油大学出版社 刘慧卿编著
5、油藏数值模拟 Aziz, K. Settari, A. 著，袁士义，王家禄译，试油工业 出版社，2004.3
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绪论
复杂的客观存在实体： 静态描述的复杂性； 流体及其与岩石作用的复杂性； 开发动态描述的复杂性；
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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）研究各种注水方式的效果； 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）研究在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。
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绪论 二、油藏数值模拟的用途
1、模拟初期开发方案 2、对已开发油气田历史模拟 3、油气田开发的动态预测 4、各种专题和机理研究
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绪论
二、油藏数值模拟的用途
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，选择最佳的产量，进 行合理配产配注； 5）对比不同开发方式的开发效果； 6）对油藏和流体性质敏感性研究。
一、国外数值模拟发展状况
在60年代
以Coats等人为代表致力于对气、水两相和三维 黑油油藏问题的求解，其代表著为“气顶或溶 解气驱油藏分析”、“油藏和气藏中三维二相流 动模拟”。模拟采油方法基本上限于递减或压 力保持，也考虑了重力、粘度和毛管压力的流 体流动规律。
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第二节 油藏数值模拟发展回顾与展望
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三、油藏数值模拟的主要内容
1、建立数学模型
首先建立一套描述油藏渗流特征的物理模型，然后在 此基础上建立偏微分方程组，此外，为了解此方程组还 要建立相应的辅助方程、初始条件和边界条件。
目前开发得比较成熟的渗流数学模型有： 黑油模型 裂缝模型 组分模型 混相驱模型 热采模型 化学驱模型
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分布等结果
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四、由谁来做油藏数值模拟
油层物理学 油藏工程学
油田地质学
采油工程学
综合性很强科学技术
数学
计算机学
要做好一个油田的模拟，需要上述方面
的专家配合，尤其需要一个熟练掌握上述领
域的有丰富经验的油藏工程专家完成油藏数
值模拟工作。
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五、怎样做油藏数值模拟
1、明确油藏工程问题
模拟开始时，据油田提出的问题，进一步具体明确油藏模拟目的和要求。
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4、历史拟合
用已知的地质资料、流体性质资料和特殊岩芯 分析资料以及实测的生产历史资料（产量或压力随 时间变化资料），输入软件，将计算的结果和实际 测得的开发指标（油层压力、见水时间、含水率、 油气比等）相比较；若发现两者之间有相当的差 异，则说明我们所用的资料与油气田实际状况差异 很大，可根据灵敏度试验结果逐步修改输入数据， 使计算结果与实测结果一致。
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第二节 油藏数值模拟发展回顾与展望
一、国外数值模拟发展状况
在50年代：
布鲁斯、皮斯曼等四人发展了将数值方法演 变为相对高级的计算机程序。他们导出对非 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。代表著“油层系统中非稳定 态流动的实际处理”。
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第二节 油藏数值模拟发展回顾与展望
4）检验油藏数据，指出问题、潜力所在区域。
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3、动态预测
1） 评价提高采收率的方法 一次采油； 注水、注气； 注聚合物、注胶束、注表面活性剂； 注CO2和其他混相驱替剂； 注蒸汽还是火烧油层等。
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2）研究剩余油饱和度的分布规律
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、
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2、建立数值模型 非线性系数项线性化方法有： IMPES方法 半隐式方法 全隐式方法 SEQ方法 自适应隐式方法
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2、建立数值模型
带状矩阵解法 直接解法
D4排序矩阵解法
线性方程组求解方法
点松驰解法
迭代解法
线松驰解法 强隐式迭代解法
预处理共额梯度解法
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3、建立计算机模型
2、基础资料输入
油藏构造
油层厚度
地质静态描述资料 孔隙度 渗透率
油层深度
原始地层压力
油藏描述
压力与粘度关系数据
流体性质资料 压力与体积系数关系数据
压力与压缩系数关系数据
相对渗透率资料 特殊岩芯分析资料
毛管力资料跳转到第一页
3、灵敏度试验
将影响油气田开发指标（产量、压力、含水、 含气、油气比等）的地质静态资料、流体性质资料 和特殊岩芯分析资料人为地加以变化，输入软件 中，观察其变化对开发指标的影响，从中找出影响 较大的参数，对这些参数进行检查，以达到取准。
2、选择油藏模拟器
根据对油藏渗流机理的正确分析，考虑储层岩石性质、油藏流体性质、开 采条件、注入流体等。
3、模拟策略
模拟策略是指既要解决油藏工程问题，又要具体地模型化，大体可分以 下几种： 1）全油藏整体模拟； 2）全油藏整体考虑分块模拟； 3）面向全油田的典型区块模拟。
采用哪种策略，以考虑油藏大小、井数、计算机容量、速度、资料准确 度和经费预算等具体问题具体对待，做到既准又快。
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第二节 油藏数值模拟发展回顾与展望
一、国外数值模拟发展状况
在早期主要用电模拟，其原理是用欧姆定 律代替达西定律，将流体在油层内的流动用 电流在电阻和电容器连接起来的电路网络中 流动现象来表示。根据所得到的压力分布来 计算非混相流体界面的移动情况。但这种模 型不能反映油层在开采中的复杂机理及大型 模拟。
一、国外数值模拟发展状况
在80年代
三、油藏数值模拟的主要内容
1、建立数学模型
按照油藏特性为基础划分
黑油模型 组分模型
按照油藏结构特点和开采 过程为基础划分
裂缝模型 锥进模型 水平井模型 混相驱模型 化学驱模型 聚合物模型 热采模型
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2、建立数值模型
首先通过离散化将偏微分方程组转换为有限 差分方程组，然后将其非线性系数项线性化， 从而得到线性方程组，再通过线性方程组解法 求解所需的未知量（压力、饱和度、温度和组 分等）的分布与变化。
油气田开发的任务就是要从油气田的客观实际 出发，以最少的投资、最合适的速度去获得最高的 最终采收率，也就是要获得最大的经济效益。
直接观察测试方法 油气藏开发动态研究方法
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绪论
该方法是指通过钻观察井 、井下测试、开辟试验区等 直接在油田上进行试验获取 资料。
直接观察测试方法
经验统计方法
水动力学方法
工程东楼302 89733218
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课程的特点、目的
1.综合性强，需要宽厚基础理论和专业知识，同时以方法为主线、
应用为目的，理论、方法和应用统一形成完整的有机体系。
特
点
2.需较多的先修课程:
数学类：线性代数、微分方程、计算方法、数值分析等；
专业类：石油地质学、油层物理学、渗流力学、油藏工程、
相似模拟 物理模拟方法
单元模拟 解析方法 数学模拟方法 数值方法
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绪论
油藏模拟方法优点
1、能重复进行，可进行“多次开发” ； 2、可在较短时间内进行开发，成本低廉； 3、可以模拟各种非均质地层情况，避免了直接观察
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三、油藏数值模拟的主要内容
数学模型
差分离散 差分方程组
数值模型 计算机模型
示意图
线性化 线性方程组
解系数矩阵 求解压力、饱和度
一、国外数值模拟发展状况
30年代：发展开始
当时模拟仅用于预测油藏动态计算，预测采 收率和对比选择开采方法，经济评价。
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第二节 油藏数值模拟发展回顾与展望
一、国外数值模拟发展状况
在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。
油藏数值模拟已成为油田开发研究、解决油田开 发决策问题的强有力的工具，从衡量油田开发效果 的好坏到预测投资、对比油田开发方案、评价提高 采收率方法等，油藏数值模拟得到极为广泛应用。
为什么？
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绪论
一、为什么要进行油藏数值模拟
复杂系统
经验方法 简单平均方法 物理模拟方法
…?
油气田
需要综合科学技术
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5、动态预测
在历史拟合基础上对未来的开发指标进行计算。 这里可分两种情况：一是根据规定的产量变化来预 测地层压力和饱和度的变化；二是依据规定的井底 流动压力变化来预测油气水产量、地层压力和饱和 度的变化。最后整理和分析模拟结果，提出建议， 形成报告。
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第二节 油藏数值模拟发展回顾与展望
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2、对已开发油田历史模拟
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）确定油藏的大小和范围，油层流通情况，边界流动 情况，进一步确定产液量和生产周期；
3）确定油藏、流体特性和含水层范围（用拟合全油 田和单井的压力、含水、气油比历史动态）；
3、油藏数值模拟基础 韩大匡，陈钦雷，闫存章编著，石油工业出版社，1993.2
4、油藏数值模拟方法专题 石油大学出版社 刘慧卿编著
5、油藏数值模拟 Aziz, K. Settari, A. 著，袁士义，王家禄译，试油工业 出版社，2004.3
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绪论
复杂的客观存在实体： 静态描述的复杂性； 流体及其与岩石作用的复杂性； 开发动态描述的复杂性；
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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）研究各种注水方式的效果； 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）研究在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。
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绪论 二、油藏数值模拟的用途
1、模拟初期开发方案 2、对已开发油气田历史模拟 3、油气田开发的动态预测 4、各种专题和机理研究
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绪论
二、油藏数值模拟的用途
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，选择最佳的产量，进 行合理配产配注； 5）对比不同开发方式的开发效果； 6）对油藏和流体性质敏感性研究。
一、国外数值模拟发展状况
在60年代
以Coats等人为代表致力于对气、水两相和三维 黑油油藏问题的求解，其代表著为“气顶或溶 解气驱油藏分析”、“油藏和气藏中三维二相流 动模拟”。模拟采油方法基本上限于递减或压 力保持，也考虑了重力、粘度和毛管压力的流 体流动规律。
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第二节 油藏数值模拟发展回顾与展望
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三、油藏数值模拟的主要内容
1、建立数学模型
首先建立一套描述油藏渗流特征的物理模型，然后在 此基础上建立偏微分方程组，此外，为了解此方程组还 要建立相应的辅助方程、初始条件和边界条件。
目前开发得比较成熟的渗流数学模型有： 黑油模型 裂缝模型 组分模型 混相驱模型 热采模型 化学驱模型
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分布等结果
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四、由谁来做油藏数值模拟
油层物理学 油藏工程学
油田地质学
采油工程学
综合性很强科学技术
数学
计算机学
要做好一个油田的模拟，需要上述方面
的专家配合，尤其需要一个熟练掌握上述领
域的有丰富经验的油藏工程专家完成油藏数
值模拟工作。
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五、怎样做油藏数值模拟
1、明确油藏工程问题
模拟开始时，据油田提出的问题，进一步具体明确油藏模拟目的和要求。
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4、历史拟合
用已知的地质资料、流体性质资料和特殊岩芯 分析资料以及实测的生产历史资料（产量或压力随 时间变化资料），输入软件，将计算的结果和实际 测得的开发指标（油层压力、见水时间、含水率、 油气比等）相比较；若发现两者之间有相当的差 异，则说明我们所用的资料与油气田实际状况差异 很大，可根据灵敏度试验结果逐步修改输入数据， 使计算结果与实测结果一致。
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第二节 油藏数值模拟发展回顾与展望
一、国外数值模拟发展状况
在50年代：
布鲁斯、皮斯曼等四人发展了将数值方法演 变为相对高级的计算机程序。他们导出对非 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。代表著“油层系统中非稳定 态流动的实际处理”。
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第二节 油藏数值模拟发展回顾与展望
4）检验油藏数据，指出问题、潜力所在区域。
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3、动态预测
1） 评价提高采收率的方法 一次采油； 注水、注气； 注聚合物、注胶束、注表面活性剂； 注CO2和其他混相驱替剂； 注蒸汽还是火烧油层等。
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2）研究剩余油饱和度的分布规律
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、
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2、建立数值模型 非线性系数项线性化方法有： IMPES方法 半隐式方法 全隐式方法 SEQ方法 自适应隐式方法
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2、建立数值模型
带状矩阵解法 直接解法
D4排序矩阵解法
线性方程组求解方法
点松驰解法
迭代解法
线松驰解法 强隐式迭代解法
预处理共额梯度解法
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3、建立计算机模型
2、基础资料输入
油藏构造
油层厚度
地质静态描述资料 孔隙度 渗透率
油层深度
原始地层压力
油藏描述
压力与粘度关系数据
流体性质资料 压力与体积系数关系数据
压力与压缩系数关系数据
相对渗透率资料 特殊岩芯分析资料
毛管力资料跳转到第一页
3、灵敏度试验
将影响油气田开发指标（产量、压力、含水、 含气、油气比等）的地质静态资料、流体性质资料 和特殊岩芯分析资料人为地加以变化，输入软件 中，观察其变化对开发指标的影响，从中找出影响 较大的参数，对这些参数进行检查，以达到取准。
2、选择油藏模拟器
根据对油藏渗流机理的正确分析，考虑储层岩石性质、油藏流体性质、开 采条件、注入流体等。
3、模拟策略
模拟策略是指既要解决油藏工程问题，又要具体地模型化，大体可分以 下几种： 1）全油藏整体模拟； 2）全油藏整体考虑分块模拟； 3）面向全油田的典型区块模拟。
采用哪种策略，以考虑油藏大小、井数、计算机容量、速度、资料准确 度和经费预算等具体问题具体对待，做到既准又快。
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第二节 油藏数值模拟发展回顾与展望
一、国外数值模拟发展状况
在早期主要用电模拟，其原理是用欧姆定 律代替达西定律，将流体在油层内的流动用 电流在电阻和电容器连接起来的电路网络中 流动现象来表示。根据所得到的压力分布来 计算非混相流体界面的移动情况。但这种模 型不能反映油层在开采中的复杂机理及大型 模拟。
一、国外数值模拟发展状况
在80年代
三、油藏数值模拟的主要内容
1、建立数学模型
按照油藏特性为基础划分
黑油模型 组分模型
按照油藏结构特点和开采 过程为基础划分
裂缝模型 锥进模型 水平井模型 混相驱模型 化学驱模型 聚合物模型 热采模型
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2、建立数值模型
首先通过离散化将偏微分方程组转换为有限 差分方程组，然后将其非线性系数项线性化， 从而得到线性方程组，再通过线性方程组解法 求解所需的未知量（压力、饱和度、温度和组 分等）的分布与变化。
油气田开发的任务就是要从油气田的客观实际 出发，以最少的投资、最合适的速度去获得最高的 最终采收率，也就是要获得最大的经济效益。
直接观察测试方法 油气藏开发动态研究方法
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绪论
该方法是指通过钻观察井 、井下测试、开辟试验区等 直接在油田上进行试验获取 资料。
直接观察测试方法
经验统计方法
水动力学方法
工程东楼302 89733218
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课程的特点、目的
1.综合性强，需要宽厚基础理论和专业知识，同时以方法为主线、
应用为目的，理论、方法和应用统一形成完整的有机体系。
特
点
2.需较多的先修课程:
数学类：线性代数、微分方程、计算方法、数值分析等；
专业类：石油地质学、油层物理学、渗流力学、油藏工程、
相似模拟 物理模拟方法
单元模拟 解析方法 数学模拟方法 数值方法
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绪论
油藏模拟方法优点
1、能重复进行，可进行“多次开发” ； 2、可在较短时间内进行开发，成本低廉； 3、可以模拟各种非均质地层情况，避免了直接观察