CMG三元复合驱数值模拟技术_王建国 简版
油藏数值模拟与CMG操作简介
B611工作室 2009.3.23
1 什么是油藏数值模拟？
2 油藏数值模拟软件介绍 3 油藏数值模拟能干些什么？ 4 油藏数值模拟研究步骤如何？ 5 CMG操作简介
油藏数值模拟的定义
油藏数值模拟就是用数值的方法来解油藏中流体( 相或组分)渗流的偏微分方程组。
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 。通常用的方法为有限差分法，也可用有限元法和 谱分析方法。
地层压力 Pb
原油体积系数与地层压力关系曲线
油藏数值模拟
原油物性
地层油粘度随压力变化关系
油藏数值模拟
原油物性
典型地层油溶解气油比曲线
• 岩石和流体的流动性质数据
油水相渗曲线 油气相渗曲线 毛管力曲线
注意：油气相渗曲线资料少，可借用 相渗曲线和毛管力曲线饱和度端点值应匹配 毛管力曲线对纯油区可以忽略，但对过渡带必须考虑
·天然裂缝油气藏的模拟应用双重介质的裂缝模型；
对··凝视研析油油、究气气对田田开含象发富、以气及或目注平的气气油大、田小油开可采采藏应用情用组组 份况份或进模黑型油行；模 分型·稠；析油开，发从用热而采确注蒸定汽应模型用；什么软件进行 此··注而项各对种一目化般的学油剂藏数的，值三模次拟模采可拟油选应用研用常究化规学油。模气型田； 开发的黑油
·完井数据：射孔、补孔、压裂、堵水、解堵日期、层位、井指数等； ·生产数据：平均日产油、日产水、日产气、平均油气比和含水比等； ·压力数据：井底流压、网格压力等。 ·动态监测资料（分层测试、吸水、产液剖面等）
4.其它数据
主要包括算法选择、输入输出控制、油水井约束界限、油井定压定产等参 数。
基本数据资料
CMG简介解析
总体结构
油藏初始条件
NUMERICAL CONTROL
数值计算控制 动态数据
RECURRENT DATA
数据文件讲解
1.模型标题
INPUT/OUTPUT CONTROL
的基本数据
2.单位： Field Metric Lab
3.输入输出参数
设定
数据文件讲解
1.网格划分 2.网格大小
3.孔、渗等岩石 属性： *CON *KVAR *ALL 4.属性修改 5.分区性质 6.岩石压缩性
CMG
聚合物浓度
聚合物浓度 渗透率 渗透率 有
ECL
聚合物浓度，盐 浓度 聚合物浓度
1
2 3 4 5 6 7
剪切降粘
渗透率减小依赖 聚合物组分扩散 复合驱 阳离子交换 总体评价
可逆
聚合物浓度 有 聚合物、表活剂
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
有 优
VIP-Polymer软件的特殊功能
五 大 主 要 技 术
地下粘度保留率的分析技术
应考虑模型节点所能承受的能力
② 精细油藏模拟时，应使用足够多的网格，使其能准确
反映油藏结构和参数在空间中的变化规律，不能以大
网格掩盖了其间的变化，如小尖灭、小构造和小砂体
③ 在研究流体运动规律时，必须使用较多的网格，以便能够 控制和跟踪流体界面的流动。若采用的网格太粗，就会使 网格饱和度变化平均化，不能刻划出流体的变化趋势 • 避免尺寸大小突变，相邻网格尺寸比小于2~3，否则会带 来很大的截断误差 • 网格尺寸应与井位相适应，保证一个网格内只能有一口井。 两口井之间至少有一个空网格 • 井密集区和主要模拟区应该适当增加网格数目，井周围通
网格划分原则
网格划分包括两个方面：网格方向及网格尺寸。 网格方向应注意考虑以下几点： ① 因为一般模型都考虑的封闭边界，所以网格边界应尽量 与封闭的天然边界一致，如断层、尖灭、油水边界、井
CMG数值模拟软件简介
CMG数值模拟软件简介CMG数值模拟软件简介CMG开发的油藏数值模拟软件在市场上处于领先地位，作为提高采收率模拟的行业标准，得到了全球的认可CMG先进的模拟技术，不断开拓新领域-模拟简单到复杂的提高采收率过程。
通过结合简易的模型创建工作流程，最先进的性能增强技术以及跨学科多重机理（例如，热效应、地球化学、地质力学、流体相态、井筒、水力压裂以及完井等）精确模拟提高采收率过程。
CMOST AI强大的敏感性分析、历史拟合、方案优化以及不确定性分析工具，最大限度地提高各类油藏的采收率和净现值GEM组分模拟器世界领先的状态方程模拟器，适用于组分、化学驱以及非常规油气藏模拟IMEX黑油模拟器模拟常规和非常规油气藏模型的衰竭和二次开采过程，使用快速和简单的工作流程进行准确的预测STARS热采及化学驱模拟器准确模拟矿场提高采收率机理-热采、化学驱以及其他EOR技术-使得生产和效益最大化。
Builder前处理模块交互式、直观和易于使用的操作界面，为CMG模拟器快速和高效的准备模型Results后处理模块为更加深入的理解油藏特征、提高采收率过程以及油藏性能等提供了先进的可视化和分析工具WinProp相态模拟软件包为CMG模拟器创建流体模型，并为第三方油藏模拟软件提供黑油模型CMOST AI 提升油田开发研究能力和潜力，改善业务决策流程。
将统计分析、机器学习和无偏数据解释等人工智能技术与人类的工程专业知识相结合，确定油藏开发最佳方案。
认知油气储层在同一个模型中同时自动考虑所有不确定性参数，运行数百个模拟作业，分析数据并做出更好的业务决策。
图形展示对开发效果影响最大的参数从有限的模拟运算结果中获取信息，并通过它来认识每个参数如何影响模拟结果“假定推测”功能，快速得出属性变化对产量的影响结果，并实时更新生产曲线在更改一个或所有变量时，CMOST AI的内部引擎能自动预测变量之间的交互作用优化改进业务决策利用人工智能（AI）技术，用最少的计算找到最佳解。
基于覆盖率和喷丸强度的喷丸工艺数值模拟
第 55 卷第 1 期2024 年 1 月中南大学学报(自然科学版)Journal of Central South University (Science and Technology)V ol.55 No.1Jan. 2024基于覆盖率和喷丸强度的喷丸工艺数值模拟曹云泰1，牛天昊1，盖鹏涛2，徐戊矫1(1. 重庆大学 材料科学与工程学院，重庆，400044；2. 中国航空制造技术研究院，北京，100024)摘要：覆盖率和喷丸强度是喷丸工艺实现标准化的重要参数，但这2个喷丸执行参数既不能在生产中由喷丸设备直接设置，又不能在喷丸数值模拟模型中作为参数直接输入。
为了在喷丸数值模拟中实现对覆盖率和喷丸强度的计算和控制，建立包含多弹丸模型和阿尔门试片模型的数值模拟仿真体系；基于Avrami 方程和开发的Python 程序，提出在特定覆盖率目标下生成多弹丸的随机初始位置的算法，在Abaqus 平台下快速建立考虑覆盖率的多弹丸模型；采用DEM-FEM 耦合方法，基于粒子生成器建立考虑喷丸强度的简化阿尔门试片模型；开展喷丸实验，通过对比喷丸强度、受喷工件的残余应力和表面粗糙度，验证所建立的喷丸数值模拟仿真体系的有效性；基于建立的喷丸数值模拟仿真体系，进一步探究影响喷丸效果的因素。
研究结果表明：在相同的覆盖率下，喷丸强度越高，靶材的残余压应力场对应的深度越大，而靶材的表面粗糙度也会增大。
当覆盖率和喷丸强度都相同时，小尺寸和高速的弹丸在获得更高的峰值残余压应力的同时，表面糙化现象也会越严重。
仅控制喷丸执行参数并不能保证一致的喷丸强化效果，要实现对喷丸强化效果的精准控制，需要在考虑覆盖率和喷丸强度这类执行参数的同时，考虑弹丸尺寸、弹丸速度和弹丸类型等过程参数。
关键词：喷丸；覆盖率；喷丸强度；阿尔门试片；数值模拟中图分类号：V261；TG668；TG146.21 文献标志码：A 文章编号：1672-7207（2024）01-0069-11Numerical simulation of shot peening based on surface coverageand shot peening intensityCAO Yuntai 1, NIU Tianhao 1, GAI Pengtao 2, XU Wujiao 1(1. College of Material Science and Engineering, Chongqing University, Chongqing 400044, China;2. A VIC Manufacturing Technology Institute, Beijing 100024, China)Abstract: Coverage and shot peening intensity are essential parameters for standardizing the shot peening process, which cannot be set directly by the shot peening equipment in production or directly input as parameters in the收稿日期： 2023 −05 −23； 修回日期： 2023 −08 −26基金项目(Foundation item)：国家自然科学基金资助项目(51975072) (Project(51975072) supported by the National Natural ScienceFoundation of China)通信作者：徐戊矫，博士，教授，从事金属塑性成形与控制研究；E-mail ：*******************DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2024.01.006引用格式： 曹云泰, 牛天昊, 盖鹏涛, 等. 基于覆盖率和喷丸强度的喷丸工艺数值模拟[J]. 中南大学学报(自然科学版), 2024, 55(1): 69−79.Citation: CAO Yuntai, NIU Tianhao, GAI Pengtao, et al. Numerical simulation of shot peening based on surface coverage and shot peening intensity[J]. Journal of Central South University(Science and Technology), 2024, 55(1): 69−79.第 55 卷中南大学学报(自然科学版)shot peening numerical simulation model. To realize the calculation and control of coverage and shot peening intensity in numerical simulations, a numerical simulation system containing a multi-shot model and an Almen strip model was established. An algorithm, developed based on the Avrami equation and a Python program, was employed to generate random initial positions of multiple shots with specific coverage. Furthermore, the multiple shots model was rapidly established on Abaqus. Employing the DEM-FEM coupling method, a simplified Almen strip model considering shot peening intensity was constructed based on particle generator. Shot peening experiments were conducted to validate the effectiveness of the developed shot peening numerical simulation system by comparing shot peening intensity, residual stresses and surface roughness. The results show that at the same coverage level, higher shot peening intensity leads to deeper residual stress field in the target and increased surface roughness. Additionally, when coverage and shot peening intensity are the same, smaller-sized and higher-speed shots result in higher peak residual stress levels but also more severe surface roughening. Consequently, controlling shot peening operational parameters alone does not guarantee consistent shot peening enhancement effects. Process parameters such as shot size, shot velocity and shot type need to be considered along with execution parameters such as coverage and shot intensity to achieve precise control of shot peening results.Key words: shot peening; coverage; shot peening intensity; Almen strip; numerical simulation喷丸是应用最广泛的表面处理工艺之一，其利用大量高速运动的弹丸撞击材料表面，使材料表面发生塑性变形、表层晶粒细化和表面硬度提升，从而抑制裂纹萌生和发展，提高受喷工件的耐磨性和疲劳寿命。
第80期使用CMG-GEM模拟二氧化碳驱操作流程
第80期：使用CMG-GEM模拟二氧化碳驱操作流程Builder/GEM/Results 2017.10编写人：吴晓云很多人了解并开始使用CMG，是从STARS开始的，说到IMEX和GEM便无从下手了，GEM 模型要如何创建？CO2混相驱机理要如何设置？需要输出哪些结果？这些是初次接触GEM常常遇到的，我们先来聊一聊这些问题。
大家都有这样的共识—不同的数值模拟软件具有普遍的相似性，事实上，这种普遍的相似性在不同的模拟器之间也存在，其中80~90%的设置是相似的，区别主要集中于流体模型即Components部分。
CO2混相驱过程中，可能发生溶解、膨胀、混相或非混相、沥青质沉积、相渗滞后、润湿反转、扩散和弥散、水溶气、液态CO2冷伤害、离子交换、矿物质盐析和溶解等现象。
面对这么多的机理表征，大家显得无所适从，所以，把握主次才最为关键！首先，从最基础的模拟出发，溶解、膨胀，混相或非混相模拟是最重要的了，而这些机理的表征EoS已经为我们全权代劳了，做CO2驱的小伙伴们可以轻松上阵了。
其次，如果通过室内实验或者现场以及流体分析，还存在沥青质沉积、相渗滞后、润湿反转等现象，我们可以在基础模型上通过一系列的关键字定义即可表征。
做CO2驱或天然气驱过程中，最小混相压力是大家关注的首要参数，也是比较纠结的一个参数，巴不得直接把它丢给模型，达到“超过该压力，驱油百分百”的效果。
但是，在实际的驱替过程中可不是如此简单，模拟器也不是根据这个最小混相压力去触发100%驱油效率，而是以一种更加聪明的方式来模拟的。
混相是什么？简单来说，消除界面，那就是界面张力降为0。
GEM中计算界面张力的参数是等张比容（PCHOR）。
而关联界面张力和驱油效率，可以借助IFT（界面张力）效应来实现。
那么，MMP就不用关注了吗？也不是，MMP有各种经验公式和测定方法，业内比较认可和比较常用的细管实验法，虽然测定的方法也会受到细管长度、孔、渗等各种因素的影响，但是如果我们认可最小混相压力，在2017版WinProp 新增了对其的拟合功能，可以微调ΩA和ΩB以及注入气与重组分的二元交互作用系数，同时需监测其他实验数据的拟合精度。
三元复合驱技术的驱油机理及改进方向
摘要：介绍了三元复合驱技术的驱油机理，综述了三元复合驱油体系存在的不足，以及在改进方面的研究现状。
关键词：三元复合驱油；采收率；表面活性剂；表面张力常见的化学驱油剂主要有聚合物、表面活性剂和碱。
asp三元( 碱、表面活性剂和聚合物)复合驱是在综合了单一化学驱优点的基础上建立起来的一种新型的化学驱油体系[1]，具有驱油效率高的显著特点，近年来得到了迅速发展。
大庆油田矿场试验[2]表明，聚合物驱比水驱提高原油采收率10％以上，而三元复合驱可比水驱提高原油采收率20％以上。
可见对三元复合驱油体系的深入研究具有重要意义。
1、三元复合驱的驱油机理[3]asp三元复合驱油体系既具有较高的粘度又能与原油形成超低界面张力, 在扩大波及范围、提高驱替效率的同时, 也提高洗油效率, 能改善水驱的“指进”、“突进”和油的“圈捕”,从而增加原油产量和提高采收率。
该体系驱油效果之所以明显优于单一化学剂驱。
是因为多种化学剂具有各自的作用与优势，且相互之间能发挥协同效应。
(1)聚合物的作用是增稠和流度控制。
目前最廉价，应用最成熟的产品是聚丙烯酰胺（hpam）。
hpam已被普遍用来提高注人水粘度和油层波及系数。
hpam的选择着重要与油藏渗透率、孔喉尺寸、注液速度等相匹配, 分子量越大增粘能力越强，浓度越大水解液粘度越大, 驱油能力越大。
(2)表面活性剂的作用是降低油水界面张力和提高洗油效率, 因温度、矿化度、原油组分等油藏条件的不同, 所使用的表面活性剂结构与性能也不相同。
石油羧酸盐、石油磺酸盐是现在普遍采用的驱油表面活性剂, 但石油磺酸盐耐温、耐盐性能比石油羧酸盐好。
(3)碱的作用是与原油中的酸性组分反应就地生成表面活性剂, 与外加表面括性剂协同效应更大幅度地降低油水界面张力并作为牺牲剂改变岩石表面的电性, 以降低地层对表面活性剂的吸附量。
应用的主产品为naoh和na2co3或二者混用。
2、三元复合驱目前存在的不足室内和矿场研究表明[2], 三元复合驱采收率可在水驱基础上再提高20％以上，具有较好的增油降水效果。
三元复合驱油技术
10-3
当量降低。
10-4
机械降解对三元复合体系界面张力影响
10-1
界面张力,mN/m
10-2
10-3
Sa=0.2 wt% NaOH=0.8 wt% P＝2500 mg/L 二厂油水
10-4
未剪切三元， 44.2 mPa.s 三元剪切1次，23.7 mPa.s 三元剪切2次，10.2 mPa.s
Sa=0.2 wt% NaOH=1.2 wt% P＝2500 mg/L 二厂油水 0 20 40
使油水产生乳化，乳化携带和乳化扩大波及体积，提高采收率 在岩石表面吸附，虽然改变岩石润湿性有利于提高采收率，但 吸附损失导致表面活性剂用量增大，三元复合驱成本升高
烷基苯磺酸盐表面活性剂性能评价
界面张力性能
无论是根据界面张力和毛管数与驱油效率及剩余油饱和 度的实验结果，还是依据大庆油田地质条件和驱动体系进行 的计算结果，都能得出只有油水界面张力达到 10-3 mN/m 数 量级时，才能启动残余油。
未剪切三元， 35.1 mPa.s 三元剪切1次，15.2 mPa.s 三元剪切2次，9.0 mPa.s
60 80 Time, min 100 120 140
0
20
40
60
80
100
120
140
Time, min
机械剪切后，低碱体系动态界面张力持续降低，高碱体系动态界 面张力先降低后逐步上升－－－－表观当量升高。
三元复合体系与大庆原油界面张力必须达到10-3 mN/m数量级
以平衡界面张力作为表面活性剂评价标准存在一定局限性
1
界面张力，mN/m
10-1
2 1
三元复合驱 提高采收率
～16％ ～19％ ～20％ ?
CMG简介资料
孔隙度
油层孔隙度变化范围不大。因此孔隙度视为 确定参数，不做修改，或允许改动范围在±3 ％。
有效厚度
油层测井解释的有效厚度与取芯资料对比， 一般偏高30％左右，主要是钙质层和泥质夹层 没有完全扣除，因此可调范围为-30%－0％。
岩石和流体的压缩系数
流体压缩系数是实验测定的，变化 范围较小，认为是确定的。而岩石压缩 系数虽然也是实验测定的，但受岩石内 饱和流体和应力状态等的影响，有一定 的变化范围，而且与有效厚度相连的非 有效部分也有一定弹性作用，考虑这部 分的影响，允许岩石的压缩系数可以扩 大一倍。
1
聚液粘度依赖
2
吸附依赖
3
剪切降粘
4 渗透率减小依赖
5 聚合物组分扩散
6
复合驱
7
阳离子交换
总体评价
VIP
聚合物浓度、盐 浓度剪切速度
聚合物浓度、盐 浓度、渗透率 可逆
聚合物浓度、盐 浓度、渗透率
有 优
CMG
ECL
聚合物浓度
聚合物浓度，盐 浓度
聚合物浓度 渗透率
聚合物浓度
可逆
渗透率
聚合物浓度
有
有
聚合物、表活剂
2.可调参数及调参范围
参数调整原则
不同参数的不同组合会得到相同的计算结 果。为了避免参数修改的任意性，在历史拟合 开始前必须确定各参数的可调范围，判断参数 来源是否可靠，确定的参数一般不修改，或只 在较小范围内修改；不确定的参数允许修改， 可在较大范围内修改。
具体应用时应根据实际情况而定
渗透率
它在任何油田都是不定参数。这不仅是由于 测井解释的渗透率值与岩心分析值误差较大，而 且井间的渗透率分布也是不确定的，因此渗透率 的修改允许范围较大，可以放大或缩小2－3倍或 更多。
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过程向导帮助快速输入化学剂参数 CMOST帮助用户提高工作效率，节约大量时间
充分模拟各种机理
变分子量注聚 强大的相渗曲线内插功能（润湿性变化、组分浓度、毛管数、 粘弹性…） 非线性粘度计算 对流、扩散、弥散 复杂化学反应（各种降解、新物质的生成…） ……
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谢 谢！
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Eclipse→CMG模型转化实例
新疆某油田三元复合驱 Eclipse模型转成CMG-STARS模型
主要机理对比
序 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 项目 多种聚合物 相粘度计算 反应动力学特性 吸附滞留 渗透率下降 不可及孔隙体积 非牛顿特性 聚合物降解 界面张力 不同毛管数下有不同的残余油饱和度 表活剂在油水相的分配 组分弥散扩散 ECL × √ × √ √ √ √ × √ × × √ CMG √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √
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同类产品比较与分析
4、完善的配套技术
STARS软件配有快捷、美观的前后处理软件，可以帮助油藏工程师迅速有效地建立复杂的油 藏数值模拟模型，及可视化地进行结果分析和输出。STARS软件可以模拟直角网格、角点网 格（正交或非正交）并可以进行局部加密。STARS支持多种地质建模软件的输出格式，例如 Petrel、RMS、GOCAD等，并能读入和输出通用的RESCUE 格式，和DSS及OFM动态管理 软件也可以直接连接。
2、广泛的模拟领域
STARS软件可以各种化学驱开发方式包括：聚合物驱、二元复合驱、三元复合驱、凝胶、 泡沫、微生物、低矿化度水驱等，同时还可模拟油藏压裂、酸化等增产作业效果。STARS 软件具有水驱模拟能力，用户可以在一个模型中模拟水驱及聚驱／复合驱等过程，中间不 需要转模型及中断运算。
3、全面的机理表征
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聚合物降解
界面张力
通过化学反应使聚合物变成水
输入界面张力表
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残余油饱和度
表活剂在油水相的分配 组分弥散扩散
根据组分浓度或毛管数进行相渗内插
可逆用相平衡常数，不可逆用化学反应 缺省考虑
CMG三元复合驱模拟能力
实验室及矿场规模的化学驱模拟 各种化学剂的任意组合 用Builder过程向导快速建立化学驱模型 注入流体的粘度和流度变化（变分子量注聚） 化学剂的吸附及渗透率降低 不可及孔隙体积 相渗曲线及润湿性变化（组分浓度、毛管数、粘弹性…） 组分相关的粘度计算（线性和非线性） 流体流变性模拟（剪切变稀、变稠） 对流、扩散、弥散 复杂化学反应（各种降解、新物质的生成…） ……
5、可靠的矿场验证
STARS软件在国内外多个化学驱矿场项目得到了应用和验证，例如壳牌、康菲、挪威石油 公司、委内瑞拉国家石油公司、马来西亚石油公司（Petronas）、印度石油公司（ONGC ）、印尼的Medco公司、阿曼的OPT公司等众多大型石油公司均利用STARS软件进行了多 个化学驱数值模拟项目研究。据不完全统计，STARS目前在全世界商业化应用的热采及化 学驱数值模拟软件市场份额达到85%。
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Eclipse三元复合驱模型
含水率对比
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CMG三元复合驱模型
累产油对比
9
CMG三元复合驱模型
累产气对比
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同类产品比较与分析
同类产品比较与分析
1、先进的模拟技术
STARS软件是目前世界上唯一包含灵活的组分模型、用户定义的化学反应动力学模型、 相平衡常数模型、全功能饱和度函数模型、灵活井模型以及地质力学模型的模拟器，用 户可以基于这些技术模拟各种化学驱过程。
CMG三元复合驱数值模拟
王建国 wangjianguo@
提
纲
1. 三元复合驱主要物化现象 2. Eclipse→CMG模型转化实例
3. 同类产品比较与分析
2
三元复合驱主要物化现象
三元复合驱主要物化现象
序号 1 2 3 4 5 6 7 项目 任意组分的定义 相粘度计算 反应动力学特性 吸附滞留 渗透率下降 不可及孔隙体积 非牛顿特性 模拟方法 根据需要定义多种组分 剪切、矿化度、线性混合、非线性混合 通过化学反应的阿尔纽斯公式 单组分吸附、竞争吸附 直接设置 直接设置 通过表格或相关式定义
6、优质的技术服务
CMG自身的服务团队将从北京（中国总部）、卡尔加里（加拿大总部）为油田用户提供各 层次的技术支持、国内及国外培训服务。
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CMG化学驱模拟的优势
矿场规模的模拟能力
网格节点可达百万以上 强大的数值计算能力，确保计算的稳定性 并行算法，确保计算的速度 快Fra bibliotek方便的前后处理工具