《油藏数值模拟》绪论

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。

油藏数值模拟原理1.地质数值建模：首先需要建立一个准确的地质模型。

地质模型是以地质数据为基础构建的地下储层的数值模型，包括储层的几何形状、岩石性态、孔隙结构和渗透性等参数。

这个模型需要提供关键的地下信息，如沉积相、构造、岩性、孔隙度等，在实际中通常通过地震数据、钻井岩芯数据等多种地质勘探技术获取。

2.模拟网格划分：建立地质模型后，需要将其分割为一系列小的网格单元。

网格划分可以是规则的也可以是非规则的，最常用的划分方法是用四面体网格或六面体网格。

这些网格单元将成为模拟的基本单元，用于描述油藏中流体的运移和渗流。

3.二相流模型：油藏中通常存在着多个相的流体，如油、水、气等。

为了精确地描述不同流体相的运移和相互作用，需要采用适当的二相流模型。

最常用的模型是饱和度-渗透率模型，即根据饱和度确定渗透率，进而计算不同流体相的渗透率。

4.质量守恒和动量守恒方程：通过对油藏中的质量守恒和动量守恒进行数值解析，可以获得流体在油藏中的运动和分布信息。

质量守恒方程通常写为连续性方程，用于描述质量的积累和消耗；动量守恒方程则描述了流体在不同流动条件下的运动和力学特性。

5.边界条件和初始条件：在模拟中，需要给定适当的边界条件和初始条件。

边界条件是指油藏与外界环境的物理和化学交换，如油藏与井筒之间的流体交换；初始条件则是指模拟开始时的油藏状态，通常需要通过历史数据或合理的估算确定。

6.数值求解方法：为了求解复杂的守恒方程组，需要采用数值方法进行计算。

常用的数值求解方法包括有限差分法、有限元法和有限体积法等。

这些方法将连续的守恒方程离散化为代数方程组，并通过迭代求解来获得数值解。

7.模拟结果评估：最后，需要对模拟结果进行评估和分析。

通过比较模拟结果与实际观测数据的吻合程度，可以评价模拟的可靠性和准确性。

如果模拟结果与实际相吻合，那么可以利用模型进行进一步的预测和优化决策。

总之，油藏数值模拟的原理是基于数值计算方法对油藏中的流体运移和渗流进行模拟和分析。

第一章油藏数值模拟方法分析1.1油藏数值模拟1.1.1油藏数值模拟简述油藏数值模拟是根据油气藏地质及开发实际情况，通过建立描述油气藏中流体渗流规律的数学模型，并利用计算机求得数值解来研究其运动变化规律。

其实质就是利用数学、地质、物理、计算机等理论方法技术对实际油藏的复制。

其基础理论是基于达西渗流定律。

油藏数值模拟就是利用建立起的数学模型来展现真实油藏动态，同时采用流体力学来模拟实际的油田开采的一个过程。

基本原理是把生产或注人动态作为确定值，通过调整模型的不确定因素使计算的确定值(生产动态)与实际吻合。

其数学模型，是通过一组方程组，在一定假设条件下，描述油藏真实的物理过程。

充分考虑了油藏构造形态、断层位置、油砂体分布、油藏孔隙度、渗透率、饱和度和流体PVT性质的变化等因素。

这组流动方程组由运动方程、状态方程和连续方程所组成。

油藏数值模拟是以应用数学模型为基础的用来再现油田实际生产动态的过程。

具体是综合运用地震，地质、油藏工程、测井等方法，通过渗流力学，借助大型计算机为介质条件建立三维底层模型参数场中，对数学方程求解重现油田生产历史，解决实际问题。

油藏数值模拟技术从50 年代的提出到90 年代间历经40 年的发展，日益成熟。

现在进入另外一个发展周期。

近十年油藏数值模拟为油田开发研究和解决实际决策问题提供强有力的支持。

在油田开发好坏的衡量、投资预测及油田开发方案的优选、评价采收指标等应用非常广泛。

油藏数值模拟功能包括两大部分：①复杂渗流力学研究，②实际油气藏开发过程整体模拟研究，且可重复、周期短、费用低。

图1 油藏数值模拟流程图1.1.2油藏数值模拟的类型油藏数值模拟类型的划分方法有多种，划分时最常用的标准是油藏类型、需要模拟的油藏流体类型和目标油藏中发生的开采过程，也可以根据油气藏特性及开发时需要处理的各种各样的复杂问题而设定，油气藏特性和油气性质不同，选择的模型也不同，还可以根据油藏数值模拟模型所使用的坐标系、空间维数和相态数来划分。

油藏数值模拟总论1、引言我们简要的回顾了目前油藏数值模拟技术在石油工业的历史演变过程，给出了一些我们研究的一般观点，并强调了它的重要性。

同时，我们精确的定义了我们指的模型，特别是数学模型。

最后，我们讨论了在没有给出数学模型情况下构建油藏模拟器，油藏模拟器的类型，怎样使用模拟器，在使用过程中出现的问题和不正确的使用。

2、历史回顾在人类发展的历史上用过许多模型。

最早的时候，人们使用模型为了更好的了解外界和预测受自然规律限制的各种物理现象。

现在，随着油藏工程技术的发展，人们更多的依赖于模型。

（The dependence is unique and borders on total commitment in as much as the environment we treat, the petroleum reservoir, is inaccessible in the large.）我们考虑使用模型的目的是将它作为一个在一定的实验条件下能够研究现象的实体，这个现象很可能在实践中发生。

在本文中，一方面，模型可能是物理装置，通过它可以再现希望得到的现象的微观世界；另一方面，模型可能代表物理概念，以数学形式表达出来，通过这种模型可以通过适当的数学手法得出一些结论。

我们把这种模型称为数学模型。

上述两种模型在石油工业都起着重要的作用。

举例来说，通过物理模型，发现流体在孔隙介质种的流动规律并对流动规律进行描述。

例如达西定律，相对渗透率的概念，毛管压力，密度，粘度等等，都是通过物理模型实验得出的。

不用说，物理模型对油藏工程来说也是非常必要的。

然而，也有一些局限性。

这主要取决于我们很难做到准确的模拟大型系统，比如整个油藏。

做这样一件事情需要克服巨大的困难并耗费巨资。

即使这样，希望得到一个具体的物理油藏模型可能仍然办不到。

我们谈到物理模型在研究小规模现象的时候是非常有用的，也是必要的对于定义控制这些现象的物理概念来说。

油藏数值模拟课程心得一学习要求和目的油藏数值模拟是石油与天然气工程专业硕士研究生规定的专业主干课。

二学习和教学的总体要求是1、了解油藏数值模拟的发展状况。

2、掌握油气藏多相渗流数学模型及其数值解法，熟练掌握油藏数值模拟中所涉及到的线性方程组特别是三对角、五对角矩阵的解法。

3、掌握渗流偏微分方程数值差分离散化的基本方法，掌握隐式、显式和解析解的计算差别、用所学到多相渗流问题的IMPES数值解法编写简单油藏的数值模拟器；4、了解当代油藏数值模拟发展趋势和发展前沿，并会用现成的商业软件模拟一个矿场实例。

为以后从事油藏数值模拟工作打下坚实的理论基础。

三油藏数值模拟研究内容油（气）藏：在单一圈闭中具有同一压力系统的基本聚集。

如果圈闭中只聚集了石油，称为油藏，只聚集了天然气，称为气藏。

一般的工业油藏：具有一定的储量；储层温度小于储层流体的临界温度。

一般的工业气藏：具有一定的储量；储层温度大于储层流体的临界温度。

一个油气藏中可以有几个含油气砂层时，称为多层油气藏。

油藏数值模拟是一门综合性很强的科学技术，涉及知识面较广，油田地质学、油层物理学、油藏工程学、采油工程学、数学、计算机系统和模拟程序等。

要做好一个模拟，需要上述各方面的专家配合，尤其需要一个能熟练掌握上述领域的有丰富经验的油藏工程专家来做油藏模拟工作。

四油藏数值模拟的主要内容油藏数值模拟：数学模型—数值模型（离散-线性方程组-求解）—计算机模型1、数学模型：建立一套描述油藏渗流的偏微分方程组，加上方程组的辅助方程和初始条件和边界条件。

2、数值模型：首先离散化偏微分方程转化为有限差分方程组，然后将其非线性系数显性化，得到线性代数方程组，再通过线性方程组解法求得所要求的未知量。

（压力、饱和度、温度、组分等）的分布和变化。

3、计算机模型：将各种数学模型的计算方法编制成计算机程序，利用计算机计算各种结果。

五间接模拟方法的优缺点：优点：1、能重复开发，可以进行所谓的“多次开发”；2、可以在短期内进行“开发”；成本相对比较低;3、可以模拟各种非均质条件和开发要求，避免了直接观察法的缺点。