油藏数值模拟.ppt

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油藏数值模拟PetroleumReservoirNumericalSimulation,油藏（PetroleumReservoir）的基本概念,油藏：

在单一圈闭中，具有同一压力系统的油气聚集。

油藏是地下储油的地质单元，上下一般具有良好的隔层。

气,油,水,原始条件：

平衡状态开发以后：

动态变化,油藏数值模拟的基本概念,模拟：

描述或实现油藏开发的动态变化过程（仿真）。

物理模拟：

采油物理实体的办法岩心试验、单管模型、平板模型试验等数学模拟：

采用数学描述的方法数学模型、模型求解,数值模拟（NumericalSimulation）,油藏数值模拟（ReservoirNumericalSimulation）,油藏数值模拟的基本概念,油藏数值模拟（ReservoirNumericalSimulation）定义：

用数值的方法来求解描述油藏中流体渗流特征的数学模型。

涉及学科,计算机,应用数学,油藏工程,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。

通常用的方法有有限差分法，也可用有限元法和谱分析方法，但大多使用有限差分法。

而材料力学用有限元法，天气预报用谱分析方法。

第一部分油藏数值模拟简介IntroductionofreservoirNumericalSimulation,第一节油藏数值模拟在油田开发中的作用,油田开发的任务油藏客观实际的复杂性油藏描述的研究方法数值模拟在油田开发各阶段中的作用,油藏数值模拟在油田开发中的作用,二、油田客观实际的复杂性,各油田的地质条件不同,油藏在整个开发过程中是动态变化的,油藏岩石和孔隙结构不同,油藏流体性质及其物性变化的复杂,油藏数值模拟在油田开发中的作用,三、油藏描述的研究方法,直接观察法（Observation）,模拟法（Simulation）,油藏数值模拟在油田开发中的作用,直接观察法,钻观察井,直接测试（测井、井间地震、试井、示踪剂测试）,开辟生产试验区,优点：

直观，准确,缺点：

1.有一定的局限性2.成本高、周期长3.不能重复进行,油藏数值模拟在油田开发中的作用,模拟法,物理模拟（物模）定性物理模拟（观察现象，研究机理）定量物理模拟,数学模拟（数模）双模电解和电网模型解析模型数值模型（数值模拟、油藏数值模拟）,油藏数值模拟在油田开发中的作用,双模的关系,物理模拟能保持原型的物理本质，多用于机理研究，对应渗流机理不清楚的问题十分重要。

物理模拟为数学模拟提供必要的参数，并提出新的数学模型，因此物理模拟是数学模拟的基础。

数学模拟可考虑各种复杂因素的实际问题。

双模是相辅相成的，在油田开发设计和动态分析中是必不可少的工作。

油藏数值模拟在油田开发中的作用,模拟法的优缺点,优点能重复进行，即“多次开发”时间短，成本低可以模拟各种非均质情况,缺点模型有一定的假设条件，与真实情况有差别模拟需要依赖于油藏的静、动态参数受计算机计算能力的限制,油藏数值模拟在油田开发中的作用,四、油藏数模在油田开发各阶段中的作用,油田开发前期作规划方案,油田开发初期作初步方案,油田开发中期作调整方案,油田开发后期作IOR、EOR方案,第二节油藏数值模拟的主要内容和步骤,油藏数值模拟的主要内容油藏数值模拟的步骤,数学模型（MathematicalModel）数值模型（NumericalModel）计算机模型（ComputerModel）,一、主要内容,油藏数值模拟的主要内容和步骤,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,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。

1.建立数学模型,2.建立数值模型,油藏数值模拟的主要内容和步骤,3.建立计算机模型将资料（静、动态）的输入，系数矩阵和常数项的形成，多种解法和结果的输出等，编制成计算机程序。

数值模拟的关键是计算的精度和速度。

由于计算的精度取决于离散的程度，但离散的程度又决定了计算的速度。

这是一对矛盾，要根据解决问题的需要而选择离散化程度和计算速度。

油藏数值模拟的主要内容和步骤,油藏数值模拟操作示意图,输入资料,模拟器,计算结果,实测资料,历史拟合,动态预测,结束,相符,修正参数,不符,油藏数值模拟的主要内容和步骤,模型选择（SelectModel）资料输入（InputData）灵敏度试验（SensitiveTest）历史拟合（HistoryMatch）动态预测（PerformancePrediction）,二、主要步骤,油藏数值模拟的主要内容和步骤,1.模型选择（SelectModel）根据油藏的实际情况根据所要解决的问题的要求,油藏数值模拟的主要内容和步骤,2.资料输入（InputData）静态资料（地质静态、流体高压物性、特殊岩心分析、地质储量）动态资料（各生产阶段的生产数据）,3.灵敏度试验（SensitiveTest）目的方法,油藏数值模拟的主要内容和步骤,4.历史拟合（HistoryMatch）历史拟合的概念反问题的多解性,5.动态预测（PerformancePrediction）已知日产液，预测压力、饱和度已知井底流压，预测产量、压力、饱和度,第三节油藏数值模拟的发展概况和发展方向,油藏数值模拟的发展概况目前几个通用的数值模拟软件简介数值模拟的发展方向,一、发展概况简介,油藏数值模拟的发展概况和发展方向,1.国外发展概况1）发展历史50年代数值模拟起步1953年美国G.H.Bruce等人发表了“孔隙介质中不稳定气体渗流的计算”。

60年代黑油模型油、气、水三相和三组分，质量守恒。

70年代初热采模型蒸汽驱和火烧油层，质量守恒能量守恒。

70年代末油、气、水三相和多组分，质量守恒相态软件油、气、水三相和各种化学物质组分，质量守恒化学反应,80年代工业性应用，向综合性多功能模型发展90年代工作站数值模拟90年代末至今微机数值模拟2）SPE七次考核文章1.A.S.Odeh,et“ComparisonofSolutiontoa3-DBlackOilReservoirSimulationProblem”JPT1981,Jan.2.H.G.WeinsteinJ.E.Chappelearet“SecondComparativeSolutionProject:

A3-PConingStudy”JPT1986,Mar.3.D.E.Kenyon,et.“ThirdComparativeSolutionProject:

GasCyclingofRetrogradeCondensateReservoirs”JPT1987,Aug.4.K.Aziz,et“FouthSPEComparativeSolutionProject:

AComparisonofSteamInjectionSimulators”JPT1987Dec.5.J.E.Killloughet“FifthComparativeSolutionProject:

EvalutionofMissibleFloodSimulators”SPE16000,1987.6.AFiroozabadi,et“SixthSPEComparativeSolutionProject:

Dual-PorositySimulators”JPT1990June.7.LNghiem,et“SeventhSPEComparativeSolutionProject:

ModelingHorizontalWellsReservoirSimulation”SPE21221,1991.,2、国内发展概况1）发展历史6070年代处于停顿状态。

8185年起步阶段，引进国外软件。

8690年将油藏数值模拟软件研制列为国家“七五”攻关项目。

9195年推广使用，并继续引进国外先进软件。

96至今成立软件中心，发展我国自己的软件。

油藏数值模拟的发展概况和发展方向,2）取得的主要成果具备一批国内、外先进软件黑油模型VIP（WesternAtlas）;WorkBench（SSI）热采模型STARTS（CMG）化学驱UTCHEM（UT）具备了研制数模软件的各种新方法全隐式自适应隐式隐式井底压力预处理共轭梯度法前后处理动态存储分配多模型一体化,油藏数值模拟的发展概况和发展方向,二.八十年代油藏数值模拟进展,八十年代，油藏数值模拟已经进入工业化应用阶段，随着工业化进程，即应用的拓宽和计算机的发展，则必然在模型、解法及前后处理等方面有较大的发展。

归纳起来有十个方面进展。

模型方面状态方程的组分模型该模型涉及到：

组分模型：

组分的质量守恒方程。

状态方程：

不同压力、温度下的相态.数值模拟将烃类组分的相态与地下的渗流力学问题有机地结合起来。

该模型可用于模拟：

凝析气田开发；凝析气田的循环注气；回收气藏中的自凝析油；高收缩挥发性原油的开采；注co2或者N2的非混相驱或近混相驱,双重介质模型该模型涉及到：

双孔单渗模型双孔双渗模型该模型可用于模拟：

裂缝性的碳酸盐岩油藏,油藏数值模拟的发展概况和发展方向,热采模型该模型涉及到：

质量守恒方程能量守恒方程顶底层的热损失水蒸汽性质燃烧动力学该模型可用于模拟：

注蒸汽热力采油火烧油层,油藏数值模拟的发展概况和发展方向,聚合物驱模型该模型涉及到：

聚合物溶液的粘度聚合物溶液被岩石的吸附聚合物溶液的降解聚合物溶液引起的渗透率降低该模型可用于模拟：

聚合物驱,油藏数值模拟的发展概况和发展方向,模型解法全隐式70年代，采用IMPES方法；半隐式方法；80年代，推出了全隐式方法。

IMPES方法节省时间和内存，但稳定性差；全隐式方法稳定性最好，但增加了计算工作量；半隐式方法居中。

自适应隐式方法该方法吸取了全隐式和IMPES方法各自的优点。

既要计算稳定，又要节省计算工作量，产生了自适应隐式方法，即可以根据每个节点和每个时间步的具体需要来选择其合适的隐式程度。

稳定性主要是由渗流方程中的非线性系数项引起的，并主要由饱和度引起，因此可根据一个时间步内的饱和度变化来确定每一个节点的隐式程度.,局部网格的加密技术该方法包括：

网格加密区域网格排序系数矩阵结构数据管理该方法可用于：

微构造井附近活性剂段塞,油藏数值模拟的发展概况和发展方向,线性代数方程组的解法预处理共轭梯度法70年代，采用直接解法,迭代解法80年代，采用预处理共轭梯度法直接解法占用内存多，但计算速度快；迭代解法占用内存少，但由于迭代次数多，而降低计算速度。

预处理共轭梯度法适用于解大型稀疏矩阵。

预处理是将稀疏矩阵不完全LU分解成近似阵，然后用正交极小化使迭代过程沿着最快的方向收敛。

油藏数值模拟的发展概况和发展方向,向量化70年代标量计算，又称串行运算，即一个时刻内只进行一对数据计算。

80年代可以用向量计算机进行向量计算，即一个时刻内可使两个数组内各因素同时进行计算，也可以是一个数和一个数组内的各因素同时计算。

工作站前后处理前处理：

井点静态参数输入；网格自动剖分、增减；网格数据自动形成；等值图件绘制。

后处理：

三维参数场的绘制；储量丰度图形化；生产数据曲线和表格化。

油藏数值模拟的发展概况和发展方向,三.九十年代油藏数值模拟进展,九十年代，油藏数值模拟技术的发展经历了一次技术革命，即由传统计算机转变到工作站上来。

工作站的发展不仅促进了数值模拟的发展，而且也促进了石油工业其它使用计算机学科（地震、测井、油藏描述）的进步。

石油领域不同学科对工作站的应用反过来促进了跨学科对工作站应用的联合。

油藏数值模拟的发展概况和发展方向,归纳起来有十个方面的进展工作站软件一体化80年代，工作站前后处理程序是以单独程序出现的。

它们与主模型之间的联系仅以文件的形式出现。

90年代推出一体化软件，使前后处理程序与主模型组合在一个软件中，使用公共内部数据库，数据调用方便。

如WesternAtlas有六个前后处理支持模块：

Prcore初始化预处理模块Prexec主模型预处理模块Gridgenr网格节点生成模块Plotviev图形处理器模块X/Motif曲线、图形模块3Dview三维图形处理器模块,油藏数值模拟的发展概况和发展方向,石油大学自行研制的油藏数值仿真系统是将油藏静、动态参数处理、油藏井筒一体化数值模拟软件、油藏静动态图象分析、油藏开发经济评价有机组合起来能方便迅速地处理生成油藏模拟要求的各种数据，进行油气田开发动态过程的模拟，并对各种参数场进行实时动态图像分析的综合系统。

油藏数值模拟的发展概况和发展方向,模块化和集成化80年代软件大多是以单个软件形式出现90年代多种软件统一在一个系统中，如WesternAtlas的DESKTOPVIP系统，包括：

VIPEncore黑油模型VIPComp组分模型VIPTherm热采模型VIPDual裂缝模型VIPPolymer聚合物模型,油藏数值模拟的发展概况和发展方向,又如CMG软件，包括：

IMEX黑油模型STARTS热采模型GEM组分模型WINPROP相态模型BUILDER前后处理,油藏数值模拟的发展概况和发展方向,横向整合将地震解释、测井分析、油藏工程、油藏模拟等组合在一起，形成统一系统。

如WesternAtlas的Wings（云氏）系统，包括：

OASIIS地震解释QUIKWELL测井分析SIGMAVIEW油藏描述DESKTOPVIP油藏数值模拟3DKI三维可视化,油藏数值模拟的发展概况和发展方向,如WorkBench系统，包括：

ReservoirDescription油藏描述WellTestAnalysis试井分析ProductionDataAnalysis生产数据分析ReservoirSimulation油藏模拟,油藏数值模拟的发展概况和发展方向,我国自行研制的石油滚动勘探开发一体化系统PREDIS，包括：

数据管理地震处理地震解释测井分析储层评价绘图系统,油藏数值模拟的发展概况和发展方向,网格多样精确化80年代矩形网格；90年代多样精确化网格。

动态局部网格加密杂交网格非正常连接变通网格技术角点网格中垂线网格,油藏数值模拟的发展概况和发展方向,数值解法标准化80年代预处理共轭梯度法用于五点差分格式和矩阵网格的标准排列90年代预处理共轭梯度法用于九点差分格式和复杂网格系统,油藏数值模拟的发展概况和发展方向,并行计算技术1.并行算法区域分解法负载平衡解法2.三个级别实现处理器级：

提高处理器（CPU）的计算速度。

多处理器计算机系统：

若干个处理器与一个公用的共享内存子系统相连。

多计算机系统：

由若干个计算机结点和一个专用的结点间进行通讯联系。

油藏数值模拟的发展概况和发展方向,油藏可视化系统,放大旋转切割多维显示,油藏数值模拟的发展概况和发展方向,水平井模拟技术,井筒模型油藏模型井筒周围柱坐标油藏直角坐标水平井端部球形坐标把井筒水力学与油藏渗流结合起来,油藏数值模拟的发展概况和发展方向,三元复合驱模拟技术,聚合物粘度多相的相对渗透率和毛管压力界面张力残余油饱和度水相渗透率下降系数表面活性剂的吸附聚合物的吸附各组分的扩散系数碱耗,隐式求压力显式求组分总浓度，相浓度显式求饱和度,对流、扩散引起的组分质量守恒方程物化参数确定,解法,微机化的数值模拟技术,随着计算机技术的发展，在九十年代后期，计算机的内存、CPU、硬盘和相应的操作系统均可与工作站相比。

因此大部分软件和中等规模（10万节点）的油藏均可在微机上实现，因此数模又逐渐向微机方向发展。

油藏数值模拟的发展概况和发展方向,四.目前比较通用的数模软件简介,油藏数值模拟的发展概况和发展方向,1、Eclipse:

EnglandSchenberga、用户界面好b、计算稳定性强c、可以处理逆断层d、模拟误差及敏感性分析e、并行算法,油藏数值模拟的发展概况和发展方向,2、VIP:

USALandmarka、一体化技术b、网格系统（可沿断层、边界分布网格）c、斜井和水平井处理d、任意切剖技术e、并行算法3、WorkBench:

USASimbesta、计算稳定b、图形编辑功能强4、CMG:

Canadaa、热采、水平井模拟技术,五、技术水平1.系统功能强目前的数值模拟系统不仅能模拟常规黑油油藏，还可对干气藏、水平井、裂缝、聚合物、示踪剂、表面活性剂、热采等进行有效地模拟。

同时网格系统、局部网格加密、断层处理技术十分先进。

这对于油藏类型多、构造复杂等特点十分有用。

2.一体化技术近几年数值模拟的发展不断与其它学科相衔接，如与油藏描述、测井解释、随机建模一体化。

可通过CPS3、Z-map等相关软件进行数据转换，省去了大量的人工输图的工作，提高了精度和效率；同时采用常规网格可达到数据共享。

油藏数值模拟的发展概况和发展方向,3、网格系统除常规的矩形、径向网格外，有角点坐标描述，它能够互不相关地指定每个网格块八个角点的坐标,油藏数值模拟的发展概况和发展方向,4、局部网格加密对各种网格均可加密，加密的个数和层数不受限制。

油藏数值模拟的发展概况和发展方向,5、斜井和水平井模拟技术该系统的斜井和水平井模型是比较完善的，考虑了射孔段由于重力、摩擦所引起的压力损失；还考虑了任意方向井段的渗透率、厚度、井指数。

6、计算速度快随着我国大部分油田进入高含水和特高含水开发期，剩余油分布十分复杂，对油藏数值模拟的要求也越来越高。

从前宏观的粗化的数值模拟已不再适合油田开发的需要，必须进行精细的油藏数值模拟。

要求模拟节点多、计算速度快。

油藏数值模拟的发展概况和发展方向,计算中心引进的具有8个CPU的并行油藏数值模拟系统Eclipse可模拟10-100万节点。

通过测试结果如下：

网格数：

109263，井：

12口，开发时间：

20年机型cpu（s）elapsed（s）ultra24619646235IBM（1CPU）2023620925IBM（4CPU）4664223IBM（7CPU）3302967IBM（8CPU）3533186,油藏数值模拟的发展概况和发展方向,7、图形功能计算中心引进的三维三相油藏数值模拟系统可视化程度高，人机交互性能强。

可三维动画显示油藏中流体的流动规律，再现油藏的开发历史及剩余油的空间分布，并可任意旋转及切剖。

为油田开发方案的调整及设计提供科学的、合理的理论依据。

油藏数值模拟的发展概况和发展方向,油藏数值模拟的发展概况和发展方向,油藏数值模拟的发展概况和发展方向,油藏数值模拟的发展概况和发展方向,油藏数值模拟的发展概况和发展方向,六、数值模拟发展方向1、由工作站向PC机发展2、并行算法（动态负载平衡）3、流管法4、勘探开发综合一体化5、敏感性分析和误差分析6、分阶段建模7、精细油藏数值模拟,油藏数值模拟的发展概况和发展方向,Thankyou!