油藏数值模拟

油藏数值模拟二OO四年十月

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。在理论上黑油模型计算方法更趋成熟，D. W. Peaceman的<油藏数值模似基础>以及K. Aziz和A. Settari的<油藏模似>等主要著作都是在这个阶段出版的，但仍受到计算机速度和内存的限制，使用的方法一般仅限于IMPES及半隐式等，只能解决中小型油藏的模拟应用问题；

80年代则是油藏数值模似技术飞跃发展的年代，解决不同类型油藏的数模计算方法及软件相应问世，同时超级向量机的诞生，使计算机速度达到亿次，甚至几十亿次，内存高达10—20亿字节。

90年代特别是后期，油藏模似软件各模块功能也有了惊人的发展，主要体现为向一体化方面发展；即集地震、测井、油藏工程（数模）、工艺及地面集输、经济评价等为一体的大型软件方面发展。

目前油藏数值模似软件基本上形成了一套能处理各种类型油气藏和各种不同开采方式的软件系列。

·黑油模型已被广泛用于各种常规油气藏的模拟；

·裂缝模型可用来解决除砂岩以外的灰岩,花岗岩,凝灰岩和变质岩的裂缝性油气藏开发问题；

·组分模型用于凝析气藏,轻质油和挥发油藏的开发设计和混相驱的研究；

·热采模型用于稠(重)油油藏蒸气吞吐,蒸汽驱和就地燃烧的设计；

·化学驱模型用于在注入水中添加聚合物,表面活性剂,碱等各种化学剂进行三次采油提高采收率的计算和设计。

油藏数值模拟方法的新突破

随着计算机运算速度的提高,向量算法的出现和应用是软件设计上一个划时代的发展。预处理共轭梯度法更快速,有效地解各种更为复杂和困难的大型稀疏线性方程组。网格化方面不局限于静态和动态的局部网格加密技术,不规则网格、PEBI网格的出现更好的解决了在边界、断层插值计算以及面与面垂直正交的新型数模计算方法，更快速收敛。此外多重网格法、混合有限元法、流线法等都在逐步完善和发展。同时，并行处理技术给大中型油田数模工作带来了生机。

二、数值模拟基本原理

以渗流力学为基础建立数值模型，即通过一组方程组，在一定的假设条件下，考虑油藏构造形态、断层位置、砂体分布、储层孔渗饱等参数的变化；流体高压物性变化；不同岩石类型；不同渗流驱替特征曲线（相渗）；井筒垂直管流等描述油藏真实的物理过程。主要包括：运动方程、状态方程和连续方程。

1．运动方程

引入单相（或多相）流的达西定律方程： 单相流达西定律：p L KA Q ∆=μ 多相流达西定律：p L A KK Q o r o ∆=

μ0 p L A KK Q w rw w ∆=μ

其中：K:空气渗透率；达西

A:截面积；厘米2

L:长度；厘米

△P:压差；大气压

K ro 、K rw :油、水相对渗透率

μo :原油粘度；厘泊

转变为运动方程：

p s KK v o w ro o ∆-=μ)

( p s KK v w w rw w ∆-=μ)(

2、连续性方程

研究流入流出单元体中质量的变化方程。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。

h y x xh V hV o

o o ⋅∆⋅∆∆=∇∑ρρ)（ 单元体中流体质量发生变化的速率

油

t s h hV o o o o ∂⋅⋅∂-=∇)()ρϕρ（ 水 t s h hV w w w w ∂⋅⋅∂-=∇)

()ρϕρ（

将达西定律代入连续性方程得出油、水的流动方程：