[摘 要] 油藏数值模拟技术具有整体性、综合性、预测性、阶段性、早入性等特点,能够有效降低勘探开发风险,提高勘探开发水平与效益,因而引起了国内外各大油公司的重视并迅速发展起来。随着石油勘探开发难度的不断加大,经济技术条件要求越来越高,油藏数值模拟技术必将得到不断的发展和完善。本文从油藏数值模拟的目的入手,分析了油藏数值模拟技术的应用现状,提出了油藏数值模拟技术的发展目标和发展方向。
[关键词] 油藏 数值模拟 应用现状 发展方向
油藏数值模拟技术是随着计算机技术的发展而逐步发展起来的。从20世纪50年代开始研究至今,经过不断完善、配套,已成为一种比较成熟的技术,被油藏工程师广泛应用于油田勘探开发的各个环节。在油田开发方案的编制、生产过程的调整和优化以及提高油藏采收率等方面,已成为一种不可或缺的研究手段。
1、油藏数值模拟的目的
油藏数值模拟的目的:①重演油藏开发的全过程,并将这一动态过程通过图形方式释放出来;②有针对性的对地质参数展开研究;③研究油藏的渗流机理、水进机理、采油机理、开发机理;④定量研究剩余油及其分布;⑤制定油藏的开发技术政策;⑥制定油藏开发方案、调整方案、措施方案、提高采收率方案;⑦对以后的开发规律和开发趋势进行预测[1]。
2、油藏数值模拟技术应用现状
近年来油藏数值模拟技术在各方面都得到不断完善和发展,目前国内油藏数值模拟技术应用十分广泛,许多大型软件已经有相当的应用规模,模拟技术水平精确度不断提高[2]。
2.1并行算法
并行算法,就是在并行机上用很多个处理器联合求解问题的方法和步骤,并行算法是一些可同时执行多个进程的集合,这些进程互相作用,从而达到给定问题求解的目的。在并行计算机上使用并行数值解法是提高求解偏微分方程的计算速度、缩短计算时间的一个重要途径。目前已实现并行部分包括输入输出、节点物性、构造矩阵、节点流动及井筒等。
2.2网格粗化
目前对于与流体有关的参数(如渗透率等)是基于流动计算再进行粗化。流动计算相对精确,首先解出沿压力降方向的总流量,然后再解相同的流动方程,从而解出等效渗透率。在垂向分层合并计算中,把相同性质的油砂体(按相同的物性、储量类型)的网格单元合并在一起,使油藏的数值模拟的网格系统更能反映出实际地质特点。
2.3历史拟合
最新计算机辅助拟合模块运用均方差、海赛(Hessian)矩阵、相关性矩阵、协方差矩阵对结果进行分析以确定敏感参数,引入梯度带分析技术对地质模型进行优化,在进行常规历史拟合后,应用置信度限制,通过线性预测分析,实现计算机辅助调整参数,减少模拟次数。
2.4动态跟踪模拟
根据开发期及措施类型制定数值模拟的时间步长,对方案实施后的效果、生产状况等进行全过程的跟踪模拟,如此反复研究,使人们对油藏的构造、物性、油水状况及生产动态的认识更趋于合理。
2.5数值解法
差分法的一大发展就是全隐式、自适应隐式方法。全隐式方法对所有方程系数进行隐式处理,所以稳定性相对较好,隐式程度高,适应范围更广,解决了油、气、水三相渗流、注气、水气锥进等强非线性渗流问题。但是全隐式模型的求解需要采用牛顿迭代法,工作量和存储量就比较大。所以,20世纪80年代初期美国的托马斯等人为了解决方程隐式程度高低和计算量大小之间的矛盾,提出了自适应隐式方法,其特点是对不同的网格节点和不同的时间步长采取不同的隐式程度来处理,以便在具有同样稳定性的前提下减小计算量、加快计算速递。
差分法的又一个重大发展是多重网格法和预处理共轭梯度法。两者的共同点都在于加速数值解法的收敛。多重网格法实质上是外推与内插技术的创造性应用。预处理共轭梯度法克服了油藏数值模拟中由于局部网格加密、混合网格嵌套、隐式井底压力处理、大断层大断裂处理,死节点处理以及自适应隐式方法等产生的不规则系数矩阵的求解问题,在油藏数值模拟中获得了相当成功的运用。
2.6模拟结果的应用
目前油藏数值模拟的计算结果已被广泛应用于油气藏早期评价、开发方案编制、油气藏管理、油气藏调整方案编制及提高采收率技术研究中,油藏数值模拟的最终模型是油田未来管理的有效工具。
3、油藏数值模拟技术发展目标
任何一项技术进步的背后都存在社会或商业需求的巨大推动,油藏数值模拟技术同样存在商业利益和社会利益对其发展的驱动力,这些也是油藏数值模拟技术发展的目标[3]。
3.1提高模拟速度
时间就是效益,研究模型运行的速度越快越好。
3.2提高模拟精度
这是油藏模拟研究和发展的传统需求。从地质模型产生的网格和更加复杂的油井几何条件对此提出了新的挑战。
3.3 减少人工干预
只要求用户提供描述油藏的动、静态数据,不要求用户过多干预。例如不要求用户进行算法选择、迭代参数和时间步长控制等,自动生成油藏模拟网格。
3.4自动历史拟合
由计算机根据历史数据、沉积环境以及地质模型的参数确定最好的拟合方法,自动完成历史拟合[4]。
4、油藏数值模拟技术发展方向
油藏数值模拟是一项多学科联合的系统工程,其技术进步依赖于其它关联学科的发展,而油藏数值模拟技术的提高同样会促进这些关联学科的发展。
4.1快速化
并行油藏数值模拟是以后发展的主流技术,既能处理大规模和超大规模油藏数值模拟,同时又能加快小规模油藏数值模拟的运算速度,使模拟更大、更快、更准确,缩短研究周期。
4.2集成化
油藏模拟器、提供输入参数的软件和数据库的高度集成,工作效率显著提高。
4.3自动化
给定地质模型、流体和岩石特性参数后,油藏模拟将可以完全自动运行。普遍使用历史拟合工具,虽然历史拟合仍不是全自动的,但接近自动拟合。
4.4精细化
最大的黑油模拟使用的网格不少于1000万网格块。
PEBI网格将越来越多的被采用。PEBI网格是一种局部正交网格,用不规则的多边形网格来代替矩形网格,在处理复杂几何形状油藏及进行局部网格加密时简单而一致[5]。
4.5一体化
勘探与开发人员将在共同的软件平台上工作,开发人员将可以直接应用勘探人员的成果,不再需要繁琐的数据输入、输出、格式整理等工作。
数值模拟将不会只对油藏的模拟,数值模拟将模拟从油藏到井筒,地面设备,地面管网,一直到炼油厂的油气分离处理设备。油藏模型,井筒流动模型,地面管网模型,油气处理模型将完整耦合在一起进行模拟。
总之,随着现实需求的不断增强,油藏数值模拟理论和技术必将得到快速发展。在多重网格法、混合有限元法、流线法等方法逐步完善的同时,并行处理技术给大中型油田数模工作带来了生机,油藏数值模拟的功能将越来越多,解决方案问题的能力越来越强。
参 考 文 献
[1]祝桂年,石秀娟.油田开发中后期油藏数值模拟方法研究[J].中国科技信息,2006,20(6):23-26.
[2]周贤文等.精细油藏数值模拟研究现状及发展趋势[J].特种油气藏,2008,15(4):1-6.
[3]王忠慧,袁庆友等.油田开发中后期油藏数值模拟方法研究[J].国外油田工程,2004,20(9):32-36.
[4]张煜,陈恭洋等.东辛油田东南部油藏数值模拟及滚动勘探目标选择[J].石油学报2004,25(2):22-28.
[5]王者生,李祥贵.油藏模拟局域精细网格方法的扩展应用[J].石油大学学报(自科版),1993,17(5):123—128.■
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