油藏数值模拟基础

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1、油藏数值模拟基础中国石油大学石油工程学院2008年9月华北油田培训班课程第一章油藏数值模拟进展油藏数值模拟的基本概念80年代的油藏数值模拟进展90年代的油藏数值模拟进展第一节油藏数值模拟的基本概念具有同一水动力学系统的油气聚集体。限于油藏的特殊性：地下，面积大，看不到－－不能直接研究模拟分物理模拟和数学模拟。模拟就是用模型来研究物理过程，油藏模拟就是用模型来研究油藏中的流体运动规律（直观再现）。物理模拟：根据相似原理，把自然界中的原型按比例缩小，制成物理模型。然后使原型中的物理过程按一定的相似关系在模型中展现。－平板模型、岩心模型不能反映实际油藏的非均质特征，只用来研究

2、驱油机理数学模拟通过求解某一物理过程的数学方程组来研究这个物理过程变化规律的方法。一、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（相或者组分）渗流的偏微分方程组。相：指体系中具有相同成分，相同物理、化学性质的均匀物质部分，相与相之间有明显的界面组分：指混合物体系中的各个成分。为什么采用数值求解？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。离散的方法：有限差分法、有限元法、谱分析方法运动方程、状态方程、守恒方程（质量、体积、能量）优点1)能重复进行，可以进行所谓的“多次开发”。2)可以在短时间内进行开发，成本较

3、低。3)可以模拟各种非均质情况及复杂流体流动。油藏数值模拟的特点缺点1)模拟依赖于油藏描述和生产动态。2)模型本身均有一定的假设条件，与实际油藏有一定误差，简化掉某些因素和原理。抓住主要问题，满足现场的需要二、数值模拟流程建立计算机模型建立数值模型建立数学模型不是进行具体的数值模拟工作内容1.建立数学模型2.建立数值模型通过离散化，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。偏微分方程组线性代数方程组得到压力、饱和度等有限差分方程组

4、离散化线性化解方程组3.建立计算机模型将资料（静、动态）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。精度：离散程度、数值计算误差、离散方程稳定性速度：计算机速度、解法速度、模型准确性从离散的程度看，精度和速度是矛盾的。三、用途油藏描述油藏动态预测驱油机理研究1.油藏描述油藏描述是油田开发的基础，是一项系统工程，由多学科各种方法联合研究的结果。油藏数值模拟作为一种方法，在油藏描述中起了一定的作用。－不同的方法研究的尺度不同1)孔隙结构研究~10μm级CT、核磁共振、图象分析仪、微观驱油机理、毛管压力实验2)岩石

5、物理性质研究……cm级利用油层物理实验室进行Ф、K、S、kr等研究。3)测井研究~m级利用测井方法进行Ф、K、S等研究。4)井间地震研究1~100m级利用井间地震进行油层连续性、油层厚度及剩余油分布等研究。5)井间监测m~1000m利用试井和示踪剂等方法来研究主力油层的、k、s等。6)数值模拟网格10m~100m将上述研究的Ф、K、S等参数填入数值模拟网格。7)油藏数值模拟1000m~10000m利用油藏数值方法研究油藏中的P、S分布。8)小井距生产试验区如大庆、孤东等小井距研究弹性驱、水驱和各种提高采收率方法从以上不同的研究尺度可以看出，油藏数值模拟是适合于油藏大尺

6、度范围内研究的方法，对生产有直接的应用。微观研究：驱替机理和岩石孔隙结构的研究－小尺度：油水运动规律和油藏物性参数－均质－不反映油藏非均质大尺度：整个油藏渗流规律和剩余油分布认识2.油藏动态预测在油藏开发的不同阶段，利用数值模拟进行动态预测，有不同的用途规划方案开发方案提高开发效果方案调整方案开发前期开发初期开发中期开发后期3.油藏驱油机理研究1)层内油水运动机理研究油水运动的作用力：驱动力：重力：毛管力：正韵律反韵律正韵律0L凹0反韵律反韵律L凸正韵律水驱特征2)层间堵塞的油水运动机理调剖常用的调剖剂类型有：单液法，包括有石灰乳、硅酸凝胶、铬冻胶、硫酸，水包稠油等。双

7、液法，包括有沉淀型、凝胶型、冻胶型、胶体分散体等。堵水常用的堵剂类型有：非选择性堵水剂：硅酸钙（水玻璃＋氯化钙）、水基水泥、各种树脂、各种冻胶。选择性堵水剂有：部分水解聚丙烯酰胺、泡沫、活性稠油、水基水泥等。上述堵塞所形成的油水运动机理可以用数值模拟方法来作。降低高渗透层的渗透率和产生化学反应在高渗透层产生堵塞物质，从而降低渗透率。3)化学驱对油水运动规律的影响活性剂驱主要降低油水界面张力，从而提高油相的相对渗透率。聚合物驱主要是增加水的粘度，从而降低油水粘度比。碱驱可与原油中的酸性物质反应生成活性物质，可使油水界面张力进一步降低，与活性