油藏数值模拟
油藏数值模拟是随着电子计算机的出现和发展而成长的一
门新学科，在国内外都取得了迅速的发展和广泛的应用。
1953年美国G..H.BUCE等人发表了《孔隙介质不稳定气体渗流的计算》后，为用数值方法计算油气藏渗流问题开辟了道路。
三十多年来，由于大型快速电子计算机的迅速发展，大大地促进了数值模拟方法的广泛应用。
20世纪60年代初期研究了多维多相的黑油模型；20世纪70年代初期研究了组分模型、混相模型和热力采油模型；20世纪70年代末期研究各种化学驱油模型。
目前，黑油、混相和热力采油模型已经投入工业性应用，并已经成为商业性软件，化学驱油模型也正日趋完善。
油藏数值模拟方法是迄今为止定量地描述在非均质地层中
多相流体流动规律的惟一方法。
例如许多常规方法要假定油层为圆形的均匀介质，如油藏几何形状稍复杂一些，且为非均质介质，则求解非常困难，甚至无法求解。
而对油气藏数值模拟而言，计算形态复杂的非均质油藏和计算简单形态的均质油藏工作量几
乎是一样的。
因此油藏数值模拟可解决其它方法不能解决的问题。
对于其它方法能解决的问题，用数值模拟方法可以更快、更省、更方便、更可靠地解决，并增加其它分析方法的可信度。
一个油气藏，在现实中只能开发一次。
但应用油藏数值模拟，可以很容易地重复计算不同开发方式的开发过程，因此人们可以从中选出最好的开发方法。
因此，对油藏工程师而言，数值模拟给动态分析提供了一种快速、精确的综合性方法；对管理者而言，数值模拟提供了不同开采计划的比较结果；对尚无经验的工程师而言，数值模拟则是有效的培训工具。
数值模拟研究的主要工作程序对一个油气藏进行综合的数模研究，往往需要花较大的精力和较长时间（有时会达一年甚至更长的时间），同时还对计算机硬件和技术人员有很高的要求，然而尽管在不同的项目中，面对的问题会千差万别，但大多数油藏数值模拟的基本研究过程是一样的。
为了使读者一开始就对数模研究工作有一个明确的整体概念，下面简要地介绍一下油藏数值模拟的主要工作程序。
问题的定义：开展油藏数模工作的第一步，是确定研究的目标和范围。
即首先要给本次数模研究一个明确的定位，明确本次模拟要解决的主要问题是什么，需要研究哪些油藏动态特性，这些项目的完成对油藏的经营管理者会产生什么影响等等。
从而根据项目的要求进行数值模拟研究程序设计，并收集有关的油藏基础地质、流体及生产动态数据。
数据的检查：一旦把数据收集起来以后，必须对这些来自不同渠道的数据进行鉴别，再组织和再检查，看收集到的数据是否足够，是否都合格。
如果取得的数据，依靠经验和评价方法进行修正和补充后仍不合要求，那就需要修正或重新确定研究目标。
研究方法的选择：确定了研究目标，并收集到了研究所必需的数据后，接下来的工作就是对模拟模型进行选择，即确定用哪种模拟模型对该问题最为有效。
并不是所有的情况下都需要对油藏进行整体模拟，例如在研究锥进、指进、超低产问题时，就应采用单井、剖面或平面模型，这样会大大节省计算成本。
通常影响研究方法选择的因素有多种，但其中有三条是最重要的：一是能否找到针对你研究问题的相应模拟器；二是解决你面对的具体油藏模拟问题时，常常因为需要反映井和开采设施对开采过程的影响，而必须对你选定的模拟器作某些修改，你必须具备这种能力；三是研究所允许的时间、计算机、人力及经费的限制，即不允许突破规定的时间和成本的限制。
模型设计：这里指的是在模拟器选定以后，我们必须设计出一套合适的网格模型。
网格模型的设计要受到模拟过程的类型、在非均质油藏中的液体运动的复杂性、选定的研究目标、油藏描述的精确程度以及允许的计算时间和成本预算等因素的影响。
网格数目越多，模拟出的单井动态会越精细，但网格数目越多计算的时间会越长，成本越高，有时甚至高到不能令人接受，所以我们经常不得不在研究目标所确定的总框架下，根据允许的计算时间和成本限制，去设计我们的网格模型。
程序修改：选择好模拟器并设计出了网格模型后，常常因为要达到我们要处理的问题的所需效果，而不得不对手边已有的程
序作某些修改，最常见的是修改井管理程序和模拟结果的编辑和输出程序。
历史拟合：这是油藏模拟中的一项极其重要的工作。
因为一个油藏模型被建立起来以后，它是否完全反映油气藏实际，并未经过检验。
只有利用将生产和注入的历史数据输入模型并运行模拟器，再将计算的结果与油气藏的实际动态相比，才能确定模型中采用的油气藏描述是否是有效的。
若计算获得的动态数据与油藏实际动态数据差别甚远，我们就必须不断地调整输入模型的基本数据，直到由模拟器计算得到的动态与油藏生产的实际动态达到满意的拟合为止。
由于历史拟合调整参数的目的是为了把真实油藏的描述搞得尽可能精确，所以，它是油藏模拟中不能缺少的重要步骤。
模拟使用的模型，显然应当与实际油藏是相似的。
若描述油藏的数值模拟所采用的数据与控制油藏动态的实际数据存在明显差异，则将导致模拟结果出现严重失真。
遗憾的是，在未经试验以前，我们对模型的准确程度，以及应该修改哪些参数才能保证它与实际油藏相似，知之甚少。
在这种情况下，最有效，也是最经常采用的一种验证方法，就是模拟油藏过去的动态，并将模拟计算结果与油藏的过去实际动态作对比，这就是历史拟合工作。
历史拟合能帮助我们发现和修改油藏描述数据的错误，以使模型更加完善，并验证油藏描述的可靠性。
如果修正后的模型模拟计算动态与油藏过去的历史动态能达到一致，且油藏描述又是
合理的，那么，应当说，历史拟合本身就是一种有效的油藏描述方法。
动态预测：获得了好的、可以接受的历史拟合后，就可利用该模型来预测油气藏未来的生产动态。
预测的内容包括：原油、天然气和水的产量，气油比与油水比的动态，油藏压力的变化动态，液体前缘位置，对井设备和修井的要求，区域采出程度，估计油气藏最终采收率等。
预测的结果将作为我们进行开发与管理决策的重要依据。
这里所指出的是，动态预测的准确性，明显地取决于我们采用的模型的正确性和油藏描述的准确性与完整性。
因此，花一定的时间与精力对模拟的结果进行评估，判断它是否达到了预期的研究目的，是十分必要的。
报告的形成：数模研究的最后一步是将计算出的结果进行系统地整理，得出明确的结论，形成一个清楚、简明的报告。
报告的格式，根据研究目的的不同，可以是一份简单的专题报告，也可以是一套具有大量文字、数据、图表及多幅彩色附图的多卷报告。
然而，无论报告的形式和长短如何，它们都应当以恰当的篇幅、充分的论据，清楚地陈述研究所使用的模型、计算的依据以及得到的主要结果与结论。
流线方法油藏模拟简介
对于绝大多数油田来讲，进行油藏数值模拟研究的目的最终都是为了要对油田未来的动态作出预测。
它预测的可以是某一油气藏在不同的开发条件下的动态，也可以是同一油藏在不同描述
下的动态。
动态预测是数值模拟中非常有意义的部分。
它可以使我们在油田开采前就能了解到某口井、井组、甚至整个油田，在不同开发方式下的生产动态情况。
可以计算许多方案，然后从中选出一个最适合的方案作为实施方案。
此外、动态预测还为我们提供了展示新方案的潜在效益的可能性。
随着油田的不断开发，油藏的储层非均质性加剧，流体性质变差、流体分布不断发生变化，特别是对于中高渗油田高含水油藏，油藏流场发生较大变化，形成优势流场。
此时，重力效应和纵向非均质性是水驱开采的重要参数，其在流体的分布和运移过程起重要作用。
通过流线方法，建立流体沿流线运移，形成一个自然运移网络，追踪油、气、水在油藏中的移动，流体沿着流线在压力梯度方向运移，而不是在网格块内运动，所以与传统的油藏数值模拟方法相比，流线模拟技术能更好地认识地下流体的分布、运移和认清剩余油分布，对改善油田开发效果和提高采收率提供科学依据。
另外，传统的油藏数值模拟技术一般都是在油藏中划分的块中心网格的基础上采用有限差分方法进行空间离散化，在每一个离散的时间步，需要在所有的空间离散网格上求解整个数学模型，计算速度比较慢，虽然近年来，计算机技术快速发展，但现代的油藏描述技术已经可以建立符合实际的大型油藏地质模型，为了达到所需的精确度，需要许多的网格单元，同时，地质非均质性的精确模拟也需要大量的网格单元，有限差分法模拟对于这
些有成百上千口井，几十万个网格块及较长的生产历史的大型油藏难度较大，暴露出其三个缺点：一是模拟速度慢，二是数据污染，三是计算精度低。
所以很有必要寻找一种快速准确的计算方法来对油藏数学模型进行求解。
流线模拟技术是通过将三维模拟模型还原为一系列的一维线性模型，同时还可以进行流体流动计算，具有处理更大数量级数据的计算优势。
在驱替过程中保持明显的驱替前缘和减少网格方位影响的特点，提高了模拟精度。
三维流线模型比常规模拟方法适用性强、优势多：
1、速度;
2、易形象地显示/概念化注入井采油井的流动耦合;
3、更好地确定泄油面积;
4、易于评定复杂的地质地质统计模型的级别;
5、易于综合整个油田模型;
6、生产动态加速拟合;
7、有潜在的优势,是一种更精确的解法。
所以流线方法是一种适合于现代油藏模拟的计算方法，流线模拟结果与传统的油藏工程技术（如标准有限差分法模拟）结合起来作为油藏管理工具具有重要意义。
