离散裂缝性油藏数值模拟方法
离散元水力压裂一体化数值仿真
离散元水力压裂一体化数值仿真
离散元法（DEM）是一种基于粒子模型的数值模拟方法，适用于模拟颗粒
材料的行为。
在石油工程中，离散元法被广泛应用于储层增产措施中的水力压裂过程模拟。
水力压裂是一种将流体注入地层中，通过压力将地层压裂，从而形成裂缝的方法。
这种方法可以增加储层的流通能力和存储能力，从而提高石油和天然气的生产效率。
离散元水力压裂一体化数值仿真是指将离散元法和水力压裂模拟结合起来，建立一个基于粒子模型的数值模拟方法，用于模拟水力压裂过程中裂缝的扩展和岩土材料的变形。
在离散元水力压裂一体化数值仿真中，首先需要确定岩土材料的本构模型。
本构模型描述了材料的力学性质和变形行为，是数值模拟的基础。
在确定本构模型后，需要建立离散元模型，将岩土材料视为由许多粒子组成的体系。
每个粒子都有自己的质量和位移，通过计算粒子之间的相互作用力来模拟材料的变形和裂缝的扩展。
在离散元模型中，需要确定粒子的性质，如粒子的直径、形状、密度等。
这些性质会影响到材料的力学性质和裂缝的扩展方式。
同时，还需要确定流体的性质，如流体的粘度、密度等，以模拟流体在裂缝中的流动。
在离散元水力压裂一体化数值仿真中，还需要考虑到许多因素，如地层应力、岩石力学性质、流体的注入速率等。
这些因素会对裂缝的扩展和材料的行为产生重要的影响。
离散元水力压裂一体化数值仿真是石油工程中重要的数值模拟方法，可以用于预测和优化水力压裂过程，提高石油和天然气的生产效率。
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％。
两种新颖的离散裂缝建模方法探讨_DFN模型和DFM模型
484两种新颖的离散裂缝建模方法探讨—DFN 模型和DFM 模型吴 斌1，唐 洪1，张 婷1 ，张峰铭2（1.西南石油大学资源与环境学院，成都 610500，2.江苏油田物探研究院，江苏 扬州225009）摘要：DFN 模型和DFM 模型裂缝建模技术经过近20年的发展，其理论和方法都取得了长足的进步，也成功为裂缝性油气藏的开采提供了可靠的方案。
但是由于裂缝性油藏本身存在的复杂和非均质性，两种裂缝建模方法在实际应用中都存在一些问题。
研究主要围绕DFN 模型和DFM 模型的优点和目前存在的问题作了一个综合的剖析，对裂缝建模研究具有重要的理论和实践意义。
关键词：裂缝性储层建模；DFN 模型；DFM 模型中图分类号：P618.130； 文献标识码：A 文章编号：1006-0995（2010）04-0484-04裂缝性储层建模是反映裂缝表征参数和裂缝空间分布的三维定量模型，该模型既能反映裂缝分布规律，又能满足油藏工程研究需要[1]。
目前，砂岩油藏的地质建模技术已趋成熟，在油气田生产中得到了很好的应用。
但是，由于裂缝(特别是地下岩体中的裂缝)分布复杂、规律性差，受到观测、探测手段以及研究方法的限制[2]，裂缝性油气藏，尤其是裂缝性潜山油气藏的储层表征和地质建模技术还不够完善，需要继续探索和努力攻关[3]。
近年来，国外学者（C.Du,X.Zhang,B.Melton ，J.Gale,Reed,R ，J.Daniels ，A.Al-Anazi etal. 2007～2009），采用DFN模型和DFM 模型两种裂缝建模方法，针对不同油田的实际情况建立了符合生产实际需要的裂缝模型，极大的推动了裂缝建模技术的发展。
在国内，我国的裂缝地质建模技术发展较慢，不过也取得了很多成果，为裂缝的表征和描述作出了贡献，比如穆龙新1995年通过对低渗透砂岩油田，提出以岩心观测为主，综合静态和动态等多方面资料，分步骤建立半定量裂缝地质模型的方法[8]；童亨茂、邢玉忠2006年，陈烨菲等2008年分别采取不同的研究手段和方法建立了DFN 离散裂缝网络模型。
石油行业中油藏数值模拟技术的使用教程
石油行业中油藏数值模拟技术的使用教程石油行业是全球经济中一个重要的支柱产业，而油藏数值模拟技术的广泛应用对于优化油田开发、提高采收率、降低开发成本具有重要意义。
本文将介绍石油行业中油藏数值模拟技术的基本原理和使用教程，帮助读者了解并掌握这一关键技术。
一、油藏数值模拟技术的基本原理1. 什么是油藏数值模拟技术？油藏数值模拟技术是指利用计算机模拟地下油气储层中流体流动、质量传递和能量传递过程的方法，并根据模拟结果进行油田开发方案的优化。
2. 油藏数值模拟技术的基本原理是什么？油藏数值模拟技术基于流体力学、热力学和质量守恒等基本原理。
通过建立数学模型和数值求解方法，模拟地下油气的流动过程。
其中，数学模型包括流体流动方程、质量守恒方程和能量守恒方程等。
二、油藏数值模拟技术的使用教程1. 建立数学模型建立数学模型是油藏数值模拟的第一步，需要考虑油藏的结构、物理性质和生产条件等因素。
具体步骤如下：（1）确定模拟范围和边界条件：包括模型的尺寸、边界条件和井网网格。
（2）建立流体流动方程：根据油气储层的物理性质、流体的状态方程和流动规律等，建立流体流动方程。
（3）建立质量守恒方程：考虑油气的产生、消耗和运移过程，建立质量守恒方程。
（4）建立能量守恒方程：考虑地热、生产操作和流体流动的能量交换等因素，建立能量守恒方程。
2. 数值求解方法数值求解方法是油藏数值模拟的核心，是将连续的物理模型转换为离散的数值计算问题。
常用的数值求解方法有有限差分法、有限元法和有限体积法等。
（1）有限差分法：将连续的方程转换为离散的方程，通过差分近似来求解。
（2）有限元法：将模型划分为多个小单元，通过对每个小单元的方程进行离散化，再通过单元之间的拼接得到整个模型的解。
（3）有限体积法：将模型划分为多个小体元，通过对每个小体元的方程进行离散化，再通过边界条件来求解。
3. 模型参数的确定模型参数的确定对于模拟结果的准确性至关重要。
模型参数包括渗透率、孔隙度、饱和度等。
油气藏数值模拟
五点差分格式
i,j+1
i-1,j
i,j
i+1,j
i,j-1
Apply material balance equation for oil and water for each gridblock
F a c e i-1 /2
(i, j+ 1 )
F a c e j+ 1 /2 F a c e i+ 1 /2
Example Cases
Light Oil - Ecuador
Waterflood operation Identify poorly swept areas Value of additional oil $30 - 40 MM US Cost of study $250 M US Profitability ratio 140:1
Use harmonic average for permeability in series
i
i+1
KiPi Pi1/ 2 Ki1Pi1/ 2 Pi1
xi
xi+1
1/ 2xi
1/ 2xi1
计算传导率（ Transmissibility）
Solve for Pi+1/2
V
xi
2Ki Ki1 Ki1 xi1 Ki
New well drilled without simulation produces only water Simulation determines what can be done - success or abandon Saves field, saves operator
Support Geological & Engineering Analysis
油藏数值模拟与CMG操作简介study.
相态及流体性质 计算模块
转换模块
黑油模型模 块
自定义平面 图显示模块
热采和化学 驱模块
Input Data File 详细介绍
Section
1
I/O Control Section
Content
名字、输入输出单位、各控制参数等。 网格数目、井口半径、深度、孔隙度、 ijk方向渗透率、有效厚度等。
2
动态资料
日产油、日产液、日产气、日产水 综合含水 采出程度 压力 累积产油、累积产气、累积产水、累积产液 日注水量 累积注水量
输入各生产阶段每口井的生产动态数据
生产动态数据指各生产井及注水井在各个开发时刻的日 油量，日水量，含水率，油气比，井底压力，井口压力，日 注量等数据，并将这些数据按一定时间步长整理，做成一系
进行数值模拟研究之前，需要
3 数据准备
1.表格数据
主要指岩石物性、流体性质。 · 油气PVT数据表（高压物性分析）； · 水及岩石PVT性质（高压物性分析）； · 油水相对渗透曲线； · 毛管压力曲线（岩心压汞实验）等； · 井筒流动数据。
2.网格数据
· 油藏顶面海拔深度； · 砂层厚度（有效）； · 孔、渗、饱参数岩石类型等。
史树彬
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。
油藏数值模拟基础
油藏数值模拟基础1. 引言油藏数值模拟是石油工程领域中一项重要的技术手段，用于预测和优化油田开发方案。
它通过建立数学模型，模拟油藏中的流体运移、岩石力学性质等过程，以获取有关油藏内部情况的信息。
本文将介绍油藏数值模拟的基础知识和方法。
2. 油藏数值模拟的原理2.1 油藏描述在进行数值模拟之前，首先需要对油藏进行描述。
通常采用离散网格来划分油藏，将其分割为一系列小单元。
每个单元包含有关该位置岩石性质、流体饱和度等信息。
2.2 流体运移方程流体运移方程是描述流体在岩石介质中运动的方程。
常用的流体运移方程包括Darcy定律和质量守恒方程。
Darcy定律描述了渗透率对渗流速度的影响，而质量守恒方程则保证了物质在系统中的守恒。
2.3 岩石力学性质岩石力学性质对油藏的模拟和预测具有重要影响。
岩石力学性质包括渗透率、孔隙度、压实度等参数。
这些参数可以通过实验室测试或采用经验公式进行估算。
2.4 边界条件边界条件是指模拟区域边界上的约束条件。
在油藏数值模拟中，常见的边界条件包括恒定压力边界、恒定流量边界和自由边界等。
根据实际情况，选择合适的边界条件对模拟结果具有重要意义。
3. 油藏数值模拟方法3.1 有限差分法有限差分法是油藏数值模拟中最常用的方法之一。
它将连续问题离散化为离散网格上的代数问题，通过求解代数方程组得到结果。
有限差分法简单易用，适用于各种类型的油藏。
3.2 有限元法有限元法是另一种常用的数值模拟方法。
它将油藏划分为一系列小单元，并在每个单元上建立局部方程进行求解。
有限元法可以处理复杂的几何形状和边界条件，适用于各种类型的油藏。
3.3 边界元法边界元法是一种基于边界积分方程的数值模拟方法。
它将油藏划分为内部单元和边界单元，并通过求解边界积分方程得到结果。
边界元法适用于具有复杂几何形状的油藏。
3.4 其他方法除了上述常用的数值模拟方法外，还有一些其他方法可以用于油藏数值模拟。
例如，有限体积法、蒙特卡洛法等。
油藏数值模拟方法研究及算法设计
油藏数值模拟方法研究及算法设计油藏工程是一门以油层物理、油气层渗流力学为基础,从事油田开发设计和工程分析方法的综合性石油技术科学。
它的任务是研究油藏开发过程中油、气、水的运动规律和驱替机理,拟定相应的工程措施,以求合理地提高开采速度和采收率。
在石油工程领域,一般采用质量守恒和动量守恒定律来描述地下油、水、汽以及聚合物等化学物质在多孔介质中的运移过程。
油藏模拟的主要任务是应用油、气藏地质模型和以往的开采数据,模拟分析或拟合油藏地下动态和开采过程,预测未来的开采状况。
常用的方法主要有：物理模拟法、数学模拟法。
物理模拟法是将油藏或者它的局部按比例缩小,依据相似原理和相似准数,制成实体模型。
除了模型形态,参数和油藏相似外,还要求做到流体力学上的相似,此法多用于进行渗流物理机理研究。
而数值模拟法则是通过数值方法求解描述油田开发动态的偏微分方程(组),来研究油田开发的物理过程和变化规律。
油藏数值模拟的基础理论是基于达西渗流定律。
它的基本原理是把生产或注入动态作为确定值,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。
数值模拟方法的出现,使得油藏研究从定性研究进入定量研究。
由于油藏内部结构的复杂性及油藏开发的不可重复性,数值模拟法在油藏研究中的应用变得越来越广泛。
本文的主要研究内容是针对具体的油藏数学模型建立能够反映问题物理特性的高效数值模拟方法,给出所提数值方法的收敛性分析,并在此基础之上设计出高效的算法,为实际问题的数值模拟提供理论支持。
具体包括如下几方面的内容：一、多孔介质流体的混合有限元模拟方法采用有限元法及混合有限元法求解油藏问题时,空间网格和时间网格需要满足一定的条件,限制了方法的适用范围。
为解决上述问题,我们运用一系列新的偏微分方程数值方法方面的论证技巧,获得了新的理论结果,降低了原有理论结果对网格剖分的要求,使得该方法变得更合理。
二、多孔介质中不可压缩混溶驱动问题的特征混合元模拟方法本章中,我们对所研究的油藏模型采用混合有限元法求解压力方程,而对浓度方程则采用特征混合有限元方法求解。
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对离 散裂 缝
网络模 型方 法进行 初步研究 ， 了准确地进 行裂缝性 油藏 数值模拟 ， 者提 出改 进的离 散裂缝 网络模型 和 为 笔
１ 离散 裂缝 网络模 型
离 散 裂 缝 网 络 （ ｉ ｒｔ Ｆ ａｔｒ ｔ ｒ ， 称 Ｄ ｓ ｅｅ ｒｃｕｅＮｅｗｏｋ 简 ｃ Ｄ Ｎ） 型 对 裂 缝 进 行 显 式 处 理 见 图 １ Ｆ 模 叫 ．采 用 复 合 网 格 的离 散 化 方 法 ， 对 基 岩 采 用 三 角 形 单 元 进 行 离 即 散 ， 裂 缝 采 用 线 单 元 进 行 离 散 ； 对 整 个 区 域 进 行 积 对 在
２ 数 学 模 型
在二维 平 面 内采 用离 散裂 缝 网络模 型进 行 油水 两相 流 数值 模 拟．假设 条 件 ： 岩 中 的流 体 和岩 石微 基 可压缩 ； 虑毛 细管力 的作 用 ； 考 油井 以定 产量 生产 ； 藏为封 闭外 边界 ． 油
２ １ 基 岩 系 统 ． 根 据 质 量 守 恒 定 律 、 西 定 律 等 得 到 基 岩 系 统 的 数 学 模 型 为 达
・
（ 。 ｐ ） ｑ 一 ｑ＊ 一 ≯ Ｖ 。＋ 。 ｏ ｖ
，
（） １
・
（Ｖ ｑ一 一 鲁， ） ｑ 声 ｐ＋
双重 介质模 型对流体 的窜流及 重力 项等 问题进 行研 究 ， 们 不 断进行 更 加 深入 的 研究Ｌ ］ 人 ５ ．由 于 双 重 介
质模 型本身假 设条件 的限制 ， 以对裂 缝发育 非均质性 强 、 难 连续 性较 差 的油 藏 ， 虽互 不 连接 但控 制 油藏 或 中流 体 流动方 向和规 模 的大 裂缝 进行 模 拟．利用 离 散 的裂缝 网 络系 统分 别模 拟 基 质岩块 系 统 和裂缝 系 统， 能更 准确地描 述裂缝性 油藏 的非均质性 ．Ｄ ｒｈ ｗｉ Ｉ ｅＳＥ、 ｒ ～Ｆ ｒ 等 ｅｓ ｏ ｔ Ｂ、 ｅ Ｋａｉ ｚ ｍｉ ａｄＭ
摘 要 ： 对 存在 控 制 油 水 流动 方 向 的 离散 裂 缝 性 油藏 难 以 进 行数 值 模 拟 的 问 题 ， 出 对 该 类 油 藏 进 行 数 值 模 拟 的 针 提 改进 方 法 ； 离 散 裂缝 网 络 模 型 的基 础 上 ， 别 给 出 流体 在 裂 缝 一基 质 和 裂 缝 间 的 窜 流 方 程 ， 立 含 有 该 窜 流 项 的基 岩 在 分 建 系统 和裂 缝 系统 的数 学 模 型 ， 采 用 有 限单 元 法 进 行数 值 求 解 ， 到 包 含 时 间 项 的 压 力 和 饱 和 度 的 总 特 征 矩 阵 方 程 ．模 并 得 拟检 验 结 果 表 明该 方 法 具有 良好 的 模拟 效 果 ．
分时， 基岩 上处理方 法 不变 ， 缝 上进 行 降维 处 理 ， 裂 即
每 条 裂 缝 在 比 基 岩 少 一 维 上 进 行 积 分 ， 是 在 积 分 前 只 增 加 一 个 裂 缝 开度 作 为 系 数 ． 其 离 散 裂 缝 流 动 模 型 的 积 分 形 式 为
Ｊ Ｊ ｎ
张 允 ，袁 向春 姚 军 ， 志江 ，崔 书岳 ， 康
（１ ．中国 石 油 化工 股 份 有 限公 司 石油 勘 探 开发 研 究 院 ， 京 １ ０ ８ ； ２ 中周 石 油大 学 （ 东 ）石 油 工 程 学 院 ， 东 北 ００ ３ ． 华 山
东营 ２７ ６ ５ ０ １）
・
张 兆 虹
基金项 目： 国家 “ ７ ” ９ ３ 重点 基 础 研 究 发 展计 划 项 曰（０ ６ Ｂ ０ ４ ０ ２ ０ Ｃ ２ ２０ ）
允 （ ９ ８ ）男 ， 士 ， １７～ ． 博 主要 从 事 油气 田开 发 工 程方 面的 研 究
８ ・ Ｏ
第 ３ 期
张 允 等 ： 离散 裂缝 性 油藏 数 值 模 拟 方 法
式 中 ：Ｅ 为基 岩和裂缝 介质 的流 动 方程 ； 为 整 个 积分 区域 ， 包 含基 岩 和裂缝 的 区域 ； Ｆ Ｑ 国 即
为 基 岩 区
域 ； 为裂缝 区域 ； 为整个 积分 区域 裂缝部 分的一 维实体 ； ｒ ｅ为裂缝 的开度．
收稿 日期 ：０ ０— ３ ０ 审 稿人 ： 继 成 ； 辑 ： 志 平 ２ １ ０ —１ ； 张 编 任 作者 简 介 ： 张
目前 ， 裂缝性 油藏 的数 值模 拟研究主 要包 括双 重介 质模 型 和 离散 裂缝 网 络模 型方 法．双 重介 质方 对 法 由 ＷａｒｎＪＥ等 首次 提 出， ｚｍｉ ７ 在双 重介质模 型研 究 中引 入多 相流 ， ｉ ｎＪＲ等口 采用 ｒｅ Ｋａｅ Ｈ一 ９ ７ Ｇｌ ｍａ
Ｉ Ｆ Ｑ ／ 一 Ｊ Ｆ Ｑ ｎ ＋ＪＩ Ｆ Ｑ ＝ Ｊ Ｅｄ ２ Ｉ Ｅ ｄ 【 Ｅ ｄ ｆ ｎ ｎ
ｍ
［ ＿ 基 单 困 ｌ 质元 Ｉ 维
…裂 单 ｇ ， ｉ Ｅ ｄ ２ ×ｆ Ｅ ｄ ｆ ２
图 １ 离散 裂 缝 介 质 的 离 散 化 方法
关 键 词 ： 缝性 油藏 ；离散 裂 缝 网 络模 型 ； 值 模 拟 ； 限 单 元 法 裂 数 有
中图 分类 号 ： Ｐ ０ ． ， ｌ Ｔ ３ １ ６ ＴＥ １ ９
文 献标 识 码 ： Ａ
文 章 编 号 ：０ ０—１９ （Ｏ ０ ０ —０ ８ —０ １０ ８ １２ １ ） ３ ０ ０ ６
大
庆
石
油
学
院
学
报
第 ３ ４卷
Ｖｏ ．３ １ ４
第 ３期
Ｎｏ ．３
２１ ０ ０年 ６月
Ｊ ｎ ２ １ ｕ ． ００
Ｊ ＯｕＲＮＡＩ ＯＦ ＤＡＱＩ ＮＧ ＥＴＲＯｌＥＵＭ ＮＳ ＴＵ ＴＥ Ｐ Ｉ ＴＩ
离 散 裂 缝 性 油 藏 数 值 模 拟 方 法