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[求助]实践表明网格模拟器是油藏工程师的一个好工具 [复制链接]

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只看楼主 倒序阅读 使用道具 0楼 发表于: 2006-07-05 | 石油求职招聘就上: 阿果石油英才网
— 本帖被 笑韵 从 教程文档 移动到本区(2007-10-21) —
实践表明网格模拟器是油藏工程师的一个好工具。模型提供和解决了一系列描述流体流动的方程,但这是由工程师输入数据进行研究。没有比“进去的是垃圾,出来的也一定是垃圾”这句话更能表明油藏模拟的工作了。工程师一定要检查所有输入的数据,并且把判断应用到结果中去。如果模型的运算结果和经验中的不一致,那么这个时候很有可能就是出现了错误。在数模中决不能说这样的话“这就是模型算出的结果,我也不知道”。工程师应该花费大量的时间来分析运算的结果,确保结果和渗流理论一致。
复杂的模拟器永远不可能取代油藏和岩石性质的地质研究,以及实验室对相渗曲线的研究。网格模型能够使工程师检验输入数据变化的影响,告诉管理者在开发中可能遇到的的风险和生产状况。他们也一定要使管理者相信这些新工具是物有所值的。
这里也要谈一下油藏模拟的另一个方面,也就是太多的工程时间和运算时间花在了并不值得的油田问题上,或者说是油田研究的全面失败。油藏工程师应该把最简单可得的方法应用到他所研究的问题上。例如,很少用一个三维模型来计算一个简单的水驱问题。因为除了该方法进行水驱预测外,还有很多好的方法能够快速给出比较满意的结果。油藏工程师应该问他自己:
1.我需要解决什么问题?
2.该模型能够解决这个问题,或者只能解决我让它解决的问题吗?
3.尽管网格模型能够给出答案,但还有更能简单的方法来解决该问题吗?
前言
多网格的油藏模拟模型已经发展到了从创造它的科学家和数学家手中传到每天应用它的油藏工程师手中的阶段了。已经有大量的文章来描述这些模型的理论基础和数学方法,因此这篇文章是从工程师,而非科学家的眼光来介绍多网格模型。
工程师很快认识到这些模型是近年来理解油气藏和动态预测的最好工具。通过网格来模拟油藏为工程师提供了前所未有的灵活性。高速计算机可以使油藏模型多次运行,以验证油田开采的不同方案和在不知道岩石或者流体性质的情况下,检验油藏的敏感性。
多网格模型的确有许多实际的用处,但是有时候由于输入数据原因,也会产生一些错误的结果。因此,仔细分析和选择所输入的数据是十分必要的。油藏工程师通常选取具有代表性的数据。更大的困难在于正确地选择诸如相渗,垂直渗透率和网格大小的参数。
基本模型事项
定义模型
简而言之,网格模型就是模拟油藏或者气藏中流体的流动。模型不能给出流动的精确解,但能给出有用的近似解。这些模型的数学公式要求模型是由很多单个的片断所组成的。这些片断通常叫做单元,但有时也叫做网格,节点,网格点,或者网络。模拟从一个网格到另一个网格的一维,二维,三维的流动模型对应的叫做一维模型,二维模型和三维模型(见图1到图3)。
每个网格都被赋予如下的油藏性质:网格大小,孔隙度,渗透率,深度,压力,流体饱和度。除了上述数据之外,还需要油井的信息:油井位置,生产指数,制定的产量或注水量,以及类似经济极限,最大含水率和气油比,最小井底流压等限制条件。整个油田或者所油田的一部分还需要油气水的PVT数据,岩石压缩系数,以及每一流动相的相渗值。利用PVT的模型分为黑油模型,气藏模型以及组分模型。组分模型由于含有多种组分,是一种非常复杂的模型。
计算网格和每个网格中的饱和度,体积的数学公式包括:(1)连续性方程或者物质平衡;(2)达西公式;(3)状态方程。
有限差分方法通常用来解决这些方程。这些方法由于存在系统误差,因此并不能给出精确解。尽管如此,模拟中用到的数学方法还是要比工程师自己推敲所输入的数据要精确。但是油藏工程师还是要意识到误差的存在。
模型如何运行
油藏模型的简化计算流程为:
1.赋予网格初始饱和度值和假设条件;
2.选择模型计算的时间步(最初的时间步通常比较短,大约一天,以后的时间步可以逐步延长到几个月);
3.在该时间步内为每个网格计算或者应用指定的产量或者注水量;
4.计算该时间步内网格间的流量和每个网格的饱和度;
5.设置一个新的时间步重复以上过程,直到模型计算的动态达到预期的时间。
工程评价的必要性
工程师在模型运行前和运行中必须作出一定的评价和决定。工程师一定要用最经济的模型完成所需要的工作。模型越复杂,所需要的时间就越长。维数和网格数对运行时间的影响都非常大。一般情况下,设计一个基本的模型以用来确定维数和网格数是非常必要的。
网格模型中,具有代表性的数据是不可缺少的。如果数据非常少,工程师就应该决定是否收集更多的数据,例如,钻井获取新鲜岩心和获取PVT等数据。现场工程师一定要非常细心,以避免由于草率的准备基本数据导致费时费钱的模拟方法的全面失败。
由于相渗代表了油藏中流体的流动机理,因此选择正确的相渗数据就非常必要。这通常具有不仅有表示驱替,而且还有表示分层和指进的拟相渗公式。
维数的确定
油藏模型的维数和网格数依赖于(1)油藏动态的细节和精度,(2)油藏内需要近似的各种作用,(3)研究中所需要的时间和金钱。当维数和网格数增加的时,在油藏模拟中的困难和复杂性也会增加,因此所出现的问题也会增多。
最简单的模型就是零维模型,即物质平衡方程。它通常用来预测地质储量,水侵量,或者油藏压力;知道其中任何两个量都可以求出第三个量。该模型假设油藏处于平均压力下,并且整个系统都处于平衡状态。
接下来的就是一维网格模型了。一个油藏都可以被模拟为垂直的,倾斜的,或者水平网格叠加起来的模型。这些模型都能很好地模拟油藏中总流体的运动和压力的分布。相渗可以用来模拟油气的锥进对油井产能的影响。由于油藏的最小单元(也就是一个网格)的大小,和实际受井筒压降影响的油藏体积相比非常大,因此井筒压降对整个油藏流体的流动不能够直接模拟。但是,井筒的影响可以使用一维径向模型来模拟。
一维网格模型在预测多种驱动油藏衰竭动态时非常有用。
二维模型在模拟水和气的波及效应时非常必要。径向模型或者剖面模型能够模拟气锥,水锥和重力的影响,或者面积模型模拟波及效应。二维径向模型能够制定锥进发生时的临界产量,评价页岩隔层,低垂直渗透率,注入水或注入气的重力overriding and underriding的影响。确定水驱或者注气最优模式最广泛应用的模型或许就是二维面积模型了。这些模型可以通过制定具有不同岩石性质油藏中的井位来取得最大的采收率。二维面积模型也可以求出因油藏形状而没有解析解的油藏水侵量。
二维径向模型的另外一个用途就是井底压力(BHP)分析。通过模型拟合BHP
的响应,BHP动态能够解释的更精确一些。
在工程师的油藏模拟库中,三维模型是现在的最终工具。它能解释存在于油藏中的大多数作用。它不仅能够解释平面波及效应,还能够解释重力驱为主的垂直波及效应。进行三维模拟时,一般最好是模拟油藏的一部分,并且假设这一部分为不渗透边界。不渗透边界的可以位置可以通过二维面积模型确定。在具有同样数量的网格时,模拟部分油藏好于模拟整个油藏,这是因为部分油藏有较少的井,通过同样的油藏流动机理在较小的网格内能够得到更精确的解。如果油田具有更复杂的地质状况,这将在垂向和平面上导致不均匀的水气运动,那么就需要全油田的三维模型了。小网格的三维部分模型将不能正确地描述整个油田所有流体的运动了。
三维模拟时发现在每一个可能发生垂直流动的连续砂体中至少应该有三个垂直的小层。例如,在模拟被一不连续的页岩或半渗透隔层分开的两个主要砂体时,至少需要六个小层。这就表示在平面上看来,维数就受限于20×20或者更少的网格中。如果油田中有很多井的话,那么整个油田的网格数就不算多了。
除了油井动态外,在油田动态预测的模拟中比较费时的就是单井的预测。在有很多井需要模拟的模型中,检查每口井的动态,以及决定什么时候、如何实施大修,或者换完井层位,是非常困难的。因此,完成这些作为GOR,含水率,产油量,饱和度等函数的子程序是非常重要的。其它两个重要的特征一个是井底水动力子程序,另一个是在网格饱和度和压力得到正确检查后,选择在什么时候和在什么位置需要钻新井的子程序。
网格大小和数目
网格的大小主要取决于需要模拟的油藏动态的类型。如果二维模型中油藏主要是在溶解气驱或原油膨胀驱的生产条件下衰竭,那么粗网格就能够令人满意。和井距相当的网格已经证明具有很好的拟合和很好的动态预测。在这些情况下,160英亩的网格已经得到使用。
如果需要模拟注入流体和原油界面的变化,那么就需要更小的网格模式。这也适用于水驱油藏,尽管水体可以使用很大的网格来代替。
为了检验网格大小对油藏采收率预测结果的影响关系,我们对一个二维黑油模型中的网格不同大小进行了多次运算。结果发现网格大小影响油藏动态:网格越小,产油量越高。从注水井到生产井之间的原油饱和度是相渗和网格维数的函数。大网格会产生较宽的两相流动区,因此也会增加流动阻力,降低了总产液量。注入水在大网格中所侵入的体积也要比在小网格中的多,因此,油相的渗透率很快的降下来。
另外的一个例子也说明了较小的网格更逼近实际。但是,太小的网格在实际应用中并不实用,这是因为(1)一个油田需要更多数量的网格;(2)由于一个
时间步内的饱和度和压力的较大变化将使模型变得不稳定,结果不实际,因此越小的网格需要越小的时间步。以上的原因导致计算量大大增加,甚至超出计算机的要求。
为了模拟油藏注水驱替情况,模型中对应的注水井和生产井之间至少应该有两个网格。
相渗
一个模型成功与否的关键就是数据质量的好坏,而其中最重要的也许就是相渗数据。许多情况下,相渗的选择都是为了符合模型答案的需要。一般来说,相渗就是表示流体在非均质油藏岩石中的运动和驱替情况的概念。但是,在模型中相渗一定要代表网格中的流体驱替情况,除此之外,还要表示出网格中的指进,分异和非均质的现象。如果在模拟工作中,油藏从一开发机理变化到另一开发机理,工程师就需要决定这种变化是否影响了网格内的驱替和开采,如果影响的话,相渗就必须给出变化以反映这种开发机理的转变。
许多油藏中,油藏开发机理只在一采下变化。例如未饱和油藏最初只在原油膨胀能下开采,不是后来变化到溶解气驱。膨胀能驱下的历史拟合能够确定决定油藏大小的一些参数。该拟合下并不能确定进入到溶解气驱下的相渗曲线;很明显,在只有油相一相流动的情况下,相渗曲线上只有一个点能够确定:束缚水下的油相的渗透率。但这并不意味着第二阶段的相渗曲线是错误的,不过这也没有测试。
同样的原因也能够应用到第二阶段。如果一个油藏最初在溶解气驱下开采,油-气相渗将决定开发动态。该阶段比较满意的拟合将确定油气相渗的合理性。但是,在水驱开发中,油-水的相渗曲线将决定开发动态。前面溶解气驱阶段拟合出来的曲线并不一定能确保油-水相渗的合理性。
网格模型能够决定网格之间的波及和驱替情况,但网格内的驱替情况是由相渗来决定的。拟合油藏动态可以作为一种确定相渗的方法。但是,如果油藏开采机理发生变化的话,相渗曲线也许就不再起作用了。此时,实验室的岩心驱替实验也许是比网格模型比较开采机理的一种好的方法。
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塞北飞雪 财富 +2 - 2006-07-05
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