油藏数值模拟介绍

一、关于“油藏数值模拟技术”

（一）基本概念及作用

（二）数据准备

（三）模型初始化

（四）生产史拟合

（五）生产动态预测

二、油藏数值模拟的主流软件系统简介

三、油藏数值模拟技术的进展及发展方向

（一）进展

（二）发展方向

一、关于“油藏数值模拟技术”

油藏数值模拟技术是一门将油田开发重大决策纳入严格科学轨道的关键技术。从油田投产开始，无论是单井动态，还是整个油田动态，都要进行监测与控制。油藏数值模拟是油田开发最优决策的有效工具。

油藏数值模拟技术从20世纪50年代开始研究至今，已发展成为一项较为成熟的技术，在油气藏特征研究、油气田开发方案的编制和确定、油气田开采中生产措施的调整和优化以及提高油气藏采收率方面，已逐渐成为一种不可欠缺的主要研究手段。油藏数值模拟技术经过几十年的研究有了大的改进，越来越接近油气田开发和生产的实际情况。油藏数值模拟技术随着在油气田开发和生产中的不断应用，并根据油藏工程研究和油藏工程师的需求，不断向高层次和多学科结合发展，将得到不断的发展和完善。

（一）基本概念及作用

（1）基本概念

油藏数值模拟：从地下流体渗流过程中的本质特征出发，建立描述渗流过程基本物理现象、并能描述油藏边界条件和原始状况的数学模型，借助计算机计算求解渗流数学模型，结合油藏地质学、油藏工程学重现油田开发的实际过程，用来解决实际问题。

油藏数学模型的分类，一般有四种方法：

1)按流体中相的数目，划分为：单相流模型、两相流模型、三相流模型。

2)按空间维数，划分为：零维模型、一维模型、二维模型、三维模型。

3)按油藏特性类型，划分为：气藏模型、黑油模型、组分模型。气藏模型按其组分的贫富，可以用黑油数值模型模拟，也可以用组分类型的数值模拟模型模拟。所以，气藏模型也可以划进黑油或组分模型。故数学模型一般分为黑油型和组分型两类模型。

4)按油藏结构特点、开采过程特征，分类为：裂缝模型、热采模型、化学驱

模型、混相驱模型、聚合物驱模型等。

其中：

数学模型：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。

黑油模型：描述油、气、水三相同时存在的油藏数学模型，一般认为，只有天然气可以溶于油中或从油中分离出来，油和水及气和水之间不发生质量交换。

组分模型：描述油藏内碳氢化合物化学组分的数学模型。

（2）油藏数值模拟技术的主要内容

油藏数值模拟技术的主要内容包括以下四部分：

第一部分：建立数学模型，也就是要建立一套描述油藏渗流的偏微分方程组解此方程组，还要有相应的辅助方程、初始条件和边界条件。

第二部分：建立数值模型。需要三个过程：首先，通过离散化，将偏微分方程组转换成有限差分方程组；然后，将其非线性系数项线性化，从而得到线性代数方程组；再通过线性方程组解法，求得所需求的未知量(压力、饱和度、温度、组分等)的分布及变化。

第三部分：建立计算机模型，也就是将各种数学模型的计算方法编制成计算机程序，以便用计算机进行计算，得到所需要的各种结果。

第四部分：油藏数值模拟应用研究。有了计算机模型后，下一步就是对实际研究对象，根据不同的研究目的进行模拟计算。

简单地说，油藏模拟就是把油藏在三维的空间里分为许多离散的单元，并且模拟油藏及流体在空间及一系列离散的时间步里的发展变化。与物质平衡方法一样的是，系统遵循物质守横原理。

建立油藏模拟软件，一般需要基于流体渗流力学原理等，如：

1）质量守恒原理

2）能量守恒原理

3）运动方程（达西定律）

4）状态方程

5）辅助方程（如饱和度方程，毛管力方程等）

（3）油藏数值模拟的作用

油藏模型分黑油模型和组分模型。它在石油工业中有着广泛的应用领域，可解决油田开发中的许多问题。由于模型不同，则侧重面不相同。现以黑油模型为例，阐述油藏数值模拟的用途。

A、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)对比不同的产量效果。

5)对油藏和流体性质的敏感性进行研究。

B、对已开发油田的历史进行模拟。

1)确定产液量和生产周期。

2)确定油藏和流体特性，拟合全油田和单井的压力、含水率(气油比)等历史动态。

3)指出问题及潜力所在区域。

C、动态预测。

动态预测包括枯竭开采、注水开发、钻加密井等，首先要确定限定条件，比

如：生产井最大采出量和注水井最小注水量、最小井口压力、井底流压或生产井最大压降、注入井最大井底压力。根据预测情况来确定最佳方案，以达到最大采收率。

1)评价提高采收率的方法。

①一次采油；

②注水；

③注气。

④注聚合物；

⑤注表面活性剂；

⑥注C02和其他混相驱；

⑦注蒸汽；

⑧火烧；

⑨几种方法的混合。

2)研究较高的剩余油饱和度分布。

①研究剩余油饱和度的分布范围和类型；

②单井进行调正，改变液流方向，改变注采井别

③扩大水驱油波及系数；

改变注水层位；

④回答油田开发中所遇到的问题并提出解决问题的方法

3)评价潜力和提高采收率的方向。

①确定井位、加密井的位置；

②确定产量、开采方式；，

③确定地面和井的设备；

④各种调整开发方案指标对比及经济评价。

D、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)研究油藏平面性质和层间非均质性对油藏动态的影响；

9)验证油藏的面积和地质储量；

10)检验油藏数据；

(二)数据准备

（1）数模所需的数据类型

1)网格数据。

网格数据包括网格步长、油藏顶面海拔、每个油层的总厚度、有效厚度、渗透率、孔隙度、初始饱和度、初始压力和岩石类型，除网格步长、岩石类型和初始压力外，其他数据都来自测井解释，不同的岩石类型提供不同的相对渗透率和毛管压力数据。