新一代油藏数值模拟技术ppt课件.pptx

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1、2022年11月25日星期五,油藏数值模拟技术交流与咨询,大庆油田有限责任公司勘探开发研究院,交流提纲,油气藏数值模拟技术的发展现状 综合油气藏研究中的模拟技术 新一代数模技术的研发策略 精细油气藏模拟技术提高采收率模拟器的构建 新一代数模软件的搭建的开发油气藏数值模拟技术的发展预测,3,油气上游产业的核心技术,“. 一体化实时油藏管理正快速地成为业界的首选资源优化模式，此技术有望在延长油藏开采期的同时，将采收速度提高60%以上. 油藏数值模拟是实时油气资源管理的技术核心。”- Euan Baird, WPC 2002,4,Oil & Gas Reserves combinedSource:

2、BP Statistical Review of World Energy 2004,全球油气储量,5,Source: Spears & Associates, Drilling & Production Outlook, December 2004,勘探生产（E&P）投资,6,面临挑战与发展趋势,7,勘探生产（E&P）投资预测,20% average increase in E&P spend in 2006Chevron 30%CoP 46%Lukoil 28%Petrobras 69%ENI 10%PetroChina 6%Devon 40%Exceed $238 Billion glo

3、ballyPrices need to drop dramatically before spend abates:Oil: $45 Gas: $7.64 mcf,The demand for oilwill grow 20%in the next 10 years,Source: Exxon Mobil: “The Outlook for Energy A View to 2030”, 2005,国际金融机构 - 雷曼兄弟公司 2006 E&P Spending Survey of 325 oil and gas companies globally,8,一体化资产管理,Think Outs

4、ide the Box 多物理现象 多重不确定性,9,资产优化,0,+,-,time,降低开发投资,降低生产/运营费用,提高最终采收率,降低勘探费用,Not to scale,加速投产 最大化产能,投产,10,地质建模,钻井工程,采油工程,油藏工程,工程设计、建设,一体化资产管理模式,从地震到数模（S2S）,静态模型,动态模型,Seismic,Simulation,历史拟合、注采动态分析,地质，地球物理，测、录、钻井,油藏一体化综合研究（S to S）,地震资料处理解释,测井资料处理解释,井震结合属性反演,油藏地质精细描述,地质建模,油藏模拟,开发方案生产措施,减小量化模型的不确定性保持有效油

5、藏描述信息,e-field主要是利用新的技术手段和业务流程的整合，对勘探、开发、生产到销售整个过程进行实时、连续、远程的资产监控和管理；是一个资产管理从概念到应用的新实践。,Smart Fields技术将数字化信息技术与目前的钻井、地震以及油藏监控技术集成以提高产量和生产效率。油田可以实现无人化管理，工程师可以在任何地点进行远程控制。通过监控实时的信息，工程师可以迅速优化油田生产。以前需要几个星期完成的操作现在仅需要几小时。,Shell,i-field通过仪器进行实时的信息采集，使得我们能够进行实时的调控，最终使我们能够根据资产的需要建立创新的解决方案。,油公司数字油田的发展模式,墨西哥湾：下

6、第三系岩层深处,国际油气公司雪弗龙集团 (2006年9月5日)表示，在墨西哥湾深海钻探成功，为目前在“一体化机制下最大的发现” - 落实了30亿桶（约4.3亿吨）以上的油气储量 。,(Jack 2)的井钻探深度达8588米，其中约1/4深度为海水,15,油公司发展策略,Exxon-MobilChevronTexaco,BP-AmocoShellConocoPhilipsTotal Fina Elf中石油/中石化/中海油etc.,技术储备 Technology Reserves 生产需要 Field Operation Supports,油气采收率,据美国能源署的数据显示，目前世界油田平均采收率

7、为35%，采用加注技术一般能把石油的采收率提高到40%45% 左右；通过使用数值模拟等优化策略，可把油田采收率提高到50%以上 。,目前除大庆油田使用注水技术的采收率达到40%外，其他油田的采收率仍然在21% 29%的低水平上。而且在中国未开发的剩余油气储量中，低渗透和稠油储量所占比重大，提高油藏采收率所面临的技术挑战显得格外突出 。,16,17,提高油气采收率,中国油田绝大部分为陆相油田，储层非均性严重。从开发油田的现状看，总体上已经进入了高含水、高采出程度阶段。提高高含水油田的原油采收率已成为当前油田开发的中心任务。 2007年资料统计：全国已开发油田以现有技术标定的采收率为31.2%全国

8、油田综合含水（新投产的油田）已达到86%以上,引自：韩大匡对二次开发的研究工作和若干问题的进一步探讨,18,E&P的核心技术之一,通过油藏数值模拟仿真技术再现油气田的开采动态，虚拟实施各种开发设计方案，是目前优化油气资源的资产价值最有效的工具。已成为预测投资、评价开发方案和提高油气采收率的必要技术手段，越来越广泛地用于解决各类油气田开发决策问题。,19,IDC Energy Insights, Multi-Client Study, 8/23/05,12%,2004 - 2009 CAGR,7%,11%,13%,12%,11%,Total,-2%,3%,9%,16%,30%,28%,9%,3%

9、,6%,15%,2%,11%,24%,13%,18%,5%,4%,6%,8%,13%,28%,8%,8%,8%,8%,Y/Y,Y/Y,Y/Y,Y/Y,Y/Y,勘探生产软件市场预测,20,全球数模软件市场现状,2007年油藏工程软件的销售总额达2亿6千万美元，到2009年总收入将达3亿5千万美元，油藏数值模拟软件占2007年油藏工程软件销售总额的6成，约为1亿5千万美元，预测复合年均增长率将达15%。 - IDC Energy Insights,21,油藏数值模拟技术的发展趋势,作为现代油藏开发中最重要的技术手段，油藏数值模拟技术已从单一的油藏工程工具渗透到油气开发的整个过程。现代油藏模拟器正向

10、着多功能集成、一体化耦合和高性能方向发展。数值模拟计算技术多学科技术集成工作流程和使用方法,22,建模面临的挑战,复杂系统：复杂地质形态和物化属性多重孔隙非均质介质断层、尖灭、高低渗透带、边界物化属性变化强烈、不连续,复杂多相流体流动油、气、水、固相混合流动体系从地下（油藏）到地面（井筒、地面管网）的流体运移各种复杂的注采生产模式,23,数模技术面临的挑战,强耦合度：多物理现象地层物理属性的宏观、微观变化流体流动的不同控制机制、影响因素相间（如流-固）耦合,多尺度系统大尺度、小尺度非均质性不同层次的流动变化机理从地下（油藏）到地面（井筒、地面管网）的流态变化,24,定量预测面临的挑战,不确定性

11、：描述油藏地质和流体属性的参数均带有不同程度的不确定性油藏地质描述流体属性特征油气井定位注采生产纪录数值计算工程设计数据经济分析,25,油藏数值模拟技术的发展趋势,从传统分类的单一模型向一体化的统一模型发展：,黑油模型,组分模型,热采模型,一体化模型： 统一质量守恒 统一动量守恒 统一能量守恒（引入广泛流固物理化学现象的）,其他模型,公共基础平台,“动态定制”,具体问题的应用模型,传统的“套用”模式,26,油藏数值模拟技术的发展趋势,变传统的单一流程到集成协同化流程：,单一流程,27,油藏数值模拟技术的发展趋势,由粗化的几何形态动态逼近更真实的地质实体：高灵活度的非结构网格：非结构化（如PEB

12、I等正交和非正交多面体）网格自动多重网格（如FAC等）无网格技术（全自动、动态“屏蔽”网格）,28,油藏数值模拟技术的发展趋势,从传统单机到大型并行化计算：分布式、共享式并行计算方法PC 机群并行算法网格计算环境下的并行化复合并行计算方法（加载平衡和优化算法）,29,油藏数值模拟技术的发展趋势,由油藏常规模拟向大型、精细模拟发展：为应对高含水、高采出程度的老油田开发需求，模拟技术向着分层的精细模拟发展，以更准确地确定剩余油分布。大型精细模拟技术：多重粗细网格组合技术，窗口技术，灵活网格技术，自动/辅助历史拟合技术等。,30,油藏数值模拟技术的发展趋势,由描述单一尺度、单一物理变化向多尺度、多物

13、理现象发展：,油藏+井筒+管网集成流体+固体耦合微观、宏观油藏属性集成精细时间、空间流体流动描述,31,油藏数值模拟技术的发展趋势,从简单的定制算法到高效、自适应的数值计算方法：,多尺度/多物理问题的求解算法（如动态尺度因子方法）自适应非线性求解算法（如非线性区域分解算法）高效、大型稀疏线性代数方程求解算法（如AMG算法）,32,新一代商业模拟器开发进展,多油藏模型：智能黑油、组分、热采建模多相流动：流（油、气、水）固（基质）隐蔽离散：无网格（Petrel集成）高效求解：C+软件结构+改进流程,Intersect,33,新一代商业模拟器开发进展,统一黑油、组分建模一体化（多）油藏+井筒+管网耦

14、合无结构控制体复合并行+负载平衡（64位、跨平台C/S结构）,NEXUS,34,Nexus: 油藏与地面一体化模型,交流提纲,油气藏数值模拟技术的发展现状 综合油气藏研究中的模拟技术 新一代数模技术的研发策略 精细油气藏模拟技术提高采收率模拟器的构建 新一代数模软件的搭建的开发油气藏数值模拟技术的发展预测,综合研究：从地震到数模,勘探阶段,评价阶段,开发阶段,勘探开发业务流程：盆地评价-区带评价-圈闭评价-油藏评价- 开发设计与实施-精细油藏描述-开发调整,综合研究：从地震到数模,提高油气采收率实践：大庆油田“二次开发”,随着油藏地质条件、井网格式和密度以及注采方式的不同，各油藏内剩余油的具体

15、分布形态各异；正演和反演相结合，用井震联合反演的方法可能探测出砂泥岩薄层中比较厚的小层；用数据挖掘方法从丰富的生产动态资料来提取各小层进水量和产量的方法，并力求做到新的分层历史拟合方法；对大型精细油藏数值模拟采用“粗细结合”的多尺度算法，以大幅度减少模拟工作量，提高计算速度和效率；综合石油地质、地球物理、油藏工程、计算机技术等科学技术，针对剩余油富集部位，建立了剩余油富集区的定量预测模型。优化注采井网，针对性地采取综合调整措施，提高注水油田原油采收率,38,提高采收率：剩余油分布预测,综合运用地质、开发地震、测井、精细数值模拟等技术，预测剩余油的分布状况，采用各类不均匀高效调整井或实施综合注采

16、调整措施，提高油田采收率。井震联合地震反演等开发地震技术、高精度确定性储层地质建模技术大型精细油藏数值模拟技术多层油藏的注入水和产量劈分技术、分层历史拟合技术井网优化、深部调驱,引自：韩大匡对二次开发的研究工作和若干问题的进一步探讨,39,油藏数值模拟的工作流,以数据为中心的集成流程,40,地质单元数据导航,体信息网络共享三维可视化,体信息共享系统下的模拟器,41,特点一、“可靠”的近井描述,地层测试随钻测井电缆测井成像地震取样试井等.,电缆-随钻地层测试,（二）定向钻井,地层测试 流体取样核磁共振阵列声波电阻率核孔隙度裸眼成像,44,MWD/LWD仪器,46,95,96,02,03,97,9

17、8,99,00,01,04,05,传感器技术,47,近井区域的“高清”数据,48,Example of the effect of increased resolution,清晰度,49,特点二、“模糊”的油藏描述,地震监测井间测试生产动态.,50,地震速度模型,51,井中地震（测井）,52,数据解释,53,数据解释(地质学家),54,数据解释 (地球物理学家),55,我的数据解释,56,特点三、渐进式的认识过程,注采动态生产测井历史拟合4D地震试井.,57,实时监测,实时数字化管理,59,Good or Bad?,如何描述、仿真油藏？,统一、完整耦合、集成定制、有效量化不确定性实时、优化渐进

18、式可扩展性.,60,Eocene Green River Formation, Utah,“大”尺度特征,61,“小”尺度特征,62,Eocene, Turkey,63,Mt. Messenger, New Zealand,64,Permian Tanqua Karoo, South Africa,65,As far as the laws of mathematics refer to reality, they are not certain, as far as they are certain, they do not refer to reality.,交流提纲,油气藏数值模拟技术的

19、发展现状 综合油气藏研究中的模拟技术 新一代数模技术的研发策略 精细油气藏模拟技术提高采收率模拟器的构建 新一代数模软件的搭建的开发油气藏数值模拟技术的发展预测,67,新一代油藏数值模拟,动态资产优化管理模型,油气资源目标体的 多尺度物理现象 多重不确定性 描述的渐进性,68,新一代模拟器研发动态,数值模拟计算技术：复杂网格（非结构化、自动网格/无网格）高性能解法（复合并行、grid+负载优化）多尺度、多物理集成（不同尺度/物理耦合模型）,69,多学科技术集成：勘探与开发一体化平台（地震 模拟，数据 决策）多种技术相辅相成（渐进/混合式流程，4D地震，反演，优化）一体化耦合与集成（整体、实时模

20、拟，自修正，辅助/自动历史拟合）持续的数据分析/挖掘能力，软计算（减小、量化不确定性）,新一代模拟器研发动态,Model the Asset, not just the Reservoir,70,新一代模拟器研发动态,使用方法与工作流程：插拔式软件构架（复合应用链，SOA服务架构）智能使用导引（自动模型设置、更新，智能学习、帮助系统）辅助和自动 “软体代理” （动态改进性能）,71,新一代油藏数模的研发思路,统一基础模型,通过尺度因子确定具体问题的描述方程,区域分解,求解,72,完整统一建模：描述方程,物质守恒方程动量守恒方程能量守恒方程本构方程,统一基础模型,通过尺度因子确定具体问题的描述方

21、程,区域分解,求解,研究思路与技术路线,定制尺度因子,一级尺度因子,二级尺度因子,三级尺度因子,N级尺度因子,尺度因子模板的设计,一体化模拟模型系统框架,三大守恒方程：质量守恒方程动量守恒方程能量守恒方程统一形式：,C,F,G,S,=,+,+,一体化数学模型的设计,第一级尺度因子（守恒方程控制因子）,一体化模型覆盖了地下、井筒、管网等油气生产体系 方程统一了黑油、组分、热采及其它扩展模型 一级尺度因子量化/确定了主体方程中物理化学现象的描述,尺度因子模板的设计,第二级尺度因子（守恒项控制因子）以动量守恒方程为例：,方程量化动量累积、流动、生成、交换的作用 方程整合了诸如：达西流、非达西流、多相

22、管流等现象 二级尺度因子量化/确定了主体方程中各守恒项的描述,尺度因子模板的设计,第三级尺度因子（具体物理现象控制因子）以流动动量项为例：,方程量化动量流动力、摩擦力、重力等作用 方程整合了诸如：多重介质、管道、缝洞中流动现象 三级尺度因子量化/确定了具体物理现象的描述,尺度因子模板的设计,高级尺度因子可以进一步容纳常规不考虑的物理化学现象多级尺度因子为模型进一步的扩展提供了途径,前三级尺度因子已经可以完整地整合石油天然气藏数值模拟中常规的需求，统一了目前常用的黑油、组分、热采、化学驱及其衍生模型。,尺度因子模板的设计,r,h,（元尺度）（垂向流）+（几何尺度因子）（径向流）,几何尺度因子 =

23、 r / h,r/h1,r/h0.5,r/h0.25,r/h1,例：几何尺度因子,r,尺度因子模板的设计,有量纲尺度因子（开关因子）：,无量纲尺度因子（度量因子）：,如在一级层面确定一个主体方程的存在与否： ， ，,尺度因子模板的设计,82,完整统一建模：多级动态域,+,多尺度 / 多物理,动态物理目标体,多级动态域,+,83,例：离散尺度,84,数值试验,85,数值试验,86,动态尺度因子,动态物理目标体建立尺度因子选择边界条件设置物理量合成与分解物理量自动和辅助激活验证确认机制,87,例：多重热动力分区,完整统一建模：多级动态域,88,例：多重组分区,完整统一建模：多级动态域,89,不确定

24、性：动态尺度因子,90,Tw dependent on Subset 0 SwACT time(Minimum Subset 0 time = 6 secMinimum Tw 4.463 sec),Standard T2 Echo Train, Phase 1TE = 0.6 ms, 833 EchoesAcq. Time 500 ms,26 CBW Packets (PAPs)16 Echoes, TE=0.6 msTw 30 ms,Standard T2 Echo Train, Phase 2TE = 0.6 ms, 833 EchoeAcq. Time 500 ms,26 CBW Pac

25、kets (PAPs)16 Echoes, TE=0.6 msTw 30 ms,Standard T2 Echo Train, Phase 1TE = 0.6 ms, 833 EchoesAcq. Time 500 ms,26 CBW Packets (PAPs)16 Echoes, TE=0.6 msTw 30 ms,Standard T2 Echo Train, Phase 2TE = 0.6 ms, 833 EchoesAcq. Time 500 ms,26 CBW Packets (PAPs)16 Echoes, TE=0.6 msTw 30 ms,Tw 100 ms,“BVI” Ec

26、ho Train, Long Tw, Phase 1TE = 0.6 ms, 50 EchoesAcq. Time 30 ms,BVI Echo Train, Short Tw, Phase 2TE = 0.6 ms, 50 EchoesAcq. Time 30 ms,24 CBW Packets (PAPs)16 Echoes, TE=0.6 msTw 30 ms,Tw 100 ms,“BVI” Echo Train, Long Tw, Phase 2TE = 0.6 ms, 50 EchoesAcq. Time 30 ms,BVI Echo Train, Short Tw, Phase 1

27、TE = 0.6 ms, 50 EchoesAcq. Time 30 ms,24 CBW Packets (PAPs)16 Echoes, TE=0.6 msTw 30 ms,Tw 100 ms,“BVI” Echo Train, Long Tw, Phase 1TE = 0.6 ms, 50 EchoesAcq. Time 30 ms,BVI Echo Train, Short Tw, Phase 2TE = 0.6 ms, 50 EchoesAcq. Time 30 ms,24 CBW Packets (PAPs)16 Echoes, TE=0.6 msTw 30 ms,Tw 100 ms

28、,“BVI” Echo Train, Long Tw, Phase2TE = 0.6 ms, 50 EchoesAcq. Time 30 ms,BVI Echo Train, Short Tw, Phase 1TE = 0.6 ms, 50 EchoesAcq. Time 30 ms,24 CBW Packets (PAPs)16 Echoes, TE=0.6 msTw 30 ms,Tw 100 ms,“BVI” Echo Train, Long Tw, Phase 1TE = 0.6 ms, 50 EchoesAcq. Time 30 ms,BVI Echo Train, Short Tw,

29、 Phase 2TE = 0.6 ms, 50 EchoesAcq. Time 30 ms,Tw 100 ms,“BVI” Echo Train, Long Tw, Phase 2TE = 0.6 ms, 50 EchoesAcq. Time 30 ms,BVI Echo Train, Short Tw, Phase1TE = 0.6 ms, 50 EchoesAcq. Time 30 ms,Tw 100 ms,“BVI” Echo Train, Long Tw, Phase 1TE = 0.6 ms, 50 EchoesAcq. Time 30 ms,BVI Echo Train, Shor

30、t Tw, Phase 2TE = 0.6 ms, 50 EchoesAcq. Time 30 ms,Tw 100 ms,“BVI” Echo Train, Long Tw, Phase 2TE = 0.6 ms, 50 EchoesAcq. Time 30 ms,BVI Echo Train, Short TwTE = 0.6 ms, 50 EchoesAcq. Time 30 ms, Phase 1,尺度度量机制,91,完整统一建模：区域分解算法,优点：非线性集成优化求解算法物理分区负载平衡并行化,92,全近似存储法 FASFull Approximation Storage,全近似存储算

31、法,93,边界处理：网格影射,子域为d = C, F,94,边界处理：网格影射,子域为d = C, F,95,边界处理：网格影射,组和网格系统,边界网格系统,96,1. 计算组合网格残余量 2.计算子域右端项 3.在子域上求解 ud 4.修正组合网格计算结果 5.循环迭代 6.收敛判断,非线性 FAC 区域分解,97,混合网格体系,98,动态区域分解,新一代的油藏数值模拟建模方式在物质、动量、能量三大守恒定律的统一框架下，创新性地整合了黑油和组分数学模型，设计多尺度数学建模方式，为建立多功能集成、一体化耦合和高性能数值模拟公共平台奠定了必要基础。构建全组分模型的多级尺度因子系统通过具体的物理化

32、学想象，建立相应的多级尺度表征，建立完整的一、二级尺度因子系统，针对主要的具体物化现象，建立较完整的三级尺度因子。全组分模拟模型 在硬件条件容许下，一体化模拟模型可模拟任意数目的碳氢流体组分或拟组分，并兼容典型3组分黑油模型。可模拟不同尺度的物理化学问题。可以创新性的实现黑油和不同组分模型的集成模拟。统一状态方程建立了统一的相平衡计算流体状态方程。在数学上成功地实现了对状态方程的通用描述，将业界常用的状态方程整合为一体。,主要创新点,交流提纲,油气藏数值模拟技术的发展现状 综合油气藏研究中的模拟技术 新一代数模技术的研发策略 精细油气藏模拟技术提高采收率模拟器的构建 新一代数模软件的搭建的开发

33、油气藏数值模拟技术的发展预测,三维径向角点网格三相油、气、水拟组分 水油1 + 油2油1碳氢气,空间与时间尺度和MDT仪器同步,精细地层测试（单井）模拟,精细（近井）数值模拟,t = 10s,t = 100s,t = 1000s,t = 0s,103,厘米-秒量级精细模拟试验,104,探头,平视图,3维图,厘米-秒量级精细模拟试验,105,测试、对比,SPE-10对比测试算例,油-水两相流动模型网格划分：60 X 220 X 85有效网格：1,094,4181 口注水井、4 口生产井2000 天的水驱历史,SPE-10对比测试结果,规模考核：百万节点SPE10,FASP,研究目的：考察模拟器能

34、否继承精细油藏描述成果。因此，将在地质模型基础上直接进行数值模拟工作。 该模型为大庆某检查井区，占地面积约7454.52亩，深度约830米至912米之间，平均厚度约82.44米。为了充分检验模拟器对该问题的处理能力，将该模型减少粗化改为一个有效网格为360万的油藏数值模型。虚拟建立生产井21口，模拟开始于1964年4月，截止于2011年4月。,孔隙度场,渗透率场,大庆360至960万网格实际应用,初始压力场,NTG,初始含油饱和度场,初始含水饱和度场,单机工作站：52个小时完成模拟运算，而商业软件无法完成模型初始化运行。多核并行后，还有望极大地缩短运行时间。,大庆360万网格实际应用,含油饱和

35、度场（结束）,多尺度、动态域模拟运算,114,区域分解算法,交流提纲,油气藏数值模拟技术的发展现状 综合油气藏研究中的模拟技术 新一代数模技术的研发策略 精细油气藏模拟技术提高采收率模拟器的构建 新一代数模软件的搭建的开发油气藏数值模拟技术的发展预测,化学驱在世界范围的应用情况,传统EOR方法及其采收原理,热采依然是EOR方法中最主要的;聚合物驱产量最高的国家为中国;二氧化碳驱产量最高的国家为美国。,热采 ：蒸汽驱、蒸汽吞吐及火烧油层；混相驱：二氧化碳驱，二氧化碳吞吐，氮气驱；化学驱：聚合物驱，表面活性剂，碱水驱，微生物驱。,2006年EOR方法的增产情况,119,基础黑油模型,假设油藏流体由

36、油、气（碳氢） 、水三相组成：,油相+气相+水相,油+挥发油,气+溶解气,水,120,典型黑油模型假设条件,油、气（碳氢） 、水三相；油相包含挥发油；气相包含溶解气；水相与油和气相互不相混，无物质交换，无相态变化；控制体（网格）内完全、瞬时相热力学平衡；恒温（Isothermal）；,121,基础黑油模型,（油+挥发油）相,（气+溶解气）相,水相,122,黑油模型适用范围,123,扩展黑油模型适用范围,124,模型扩展：混相驱,油+挥发油,气+溶解气,水,油2（挥发油）,惰性气体,水,油1（非挥发油）,气+溶解气,混相,125,模型扩展：聚合物驱,聚合物,盐水,混相,扩展,126,聚驱模型考虑

37、的主要物化现象聚合物溶液对水相的增粘效应高速流动时剪切应力的降粘影响聚合物在岩石表面的吸附聚合物吸附对水相相渗透率降低的影响影响聚合物溶液流动的死孔隙地层水矿化度对聚合物溶液粘度的影响,聚驱模拟器模型,水驱,聚驱,127,守恒方程油组分： 气组分： 水组分：,聚合物组分： 盐水组分：,聚驱模拟器模型,128,辅助方程：,聚驱模拟器模型,129,聚合物,盐水,扩展,交联剂,凝胶,模型扩展：聚合物调驱,130,确定调驱模块的数学模型以及物化参数，考虑聚合物、凝胶的老化，考虑聚合物粘弹性效应降低残余油的作用。 完成调驱模块开发和调试，能够生成7组分的Jacobian矩阵，并进行部分例子的测试。对模型

38、进行参数拟合，验证程序的正确性。完成调驱模块输入程序。完成调驱模块数据的输出程序,按照约定的数据输出文件格式和内容输出计算结果。,调聚模拟器,131,守恒方程水组分： 聚合物组分： 盐水水组分：,交联剂组分： 凝胶组分：,调驱模拟器模型,132,粘度模型,调驱模拟器模型,主要物化参数,133,交联反应动力学模型,调驱模拟器模型,主要物化参数,134,组分吸附滞留模型,渗透率下降系数,调驱模拟器模型,主要物化参数,调驱模拟器模型,主要物化参数,135,残余油饱和度模型,相对渗透率模型,136,实现了7组分调驱功能,聚驱油田实例,JZ9-3是一个模拟实际油田开采的聚合物驱算例,共有474297个网

39、格(157*53*57)，37口井,模拟开采时间是1999年10月30日-2009年1月1日。该油田共有十个油气层段，只针对其中的I、II、III和V油组进行开发。1999年该油田投产，采用400m井距，正方形井网进行开发。2000年开始进行水驱开发。2007年第一口注聚井开始注聚，之后设计的8口注聚井全部转注聚。,聚驱：锦州9-3,Case5: JZ9-3实际油田算例,油田日产油量(SM3/Day),油田对比,平均相对误差 0.505%,聚驱：锦州9-3,Case5: JZ9-3实际油田算例,油田对比,油田日产水量(SM3/Day),平均相对误差 1.045%,聚驱：锦州9-3,Case5:

40、 JZ9-3实际油田算例,油田对比,油田日产气量(SM3/Day),平均相对误差 4.18%,聚驱：锦州9-3,Case5: JZ9-3实际油田算例,油田对比,油田含水率,平均相对误差 0.715%,FASP快速辅助空间预优算法,JZ9-3测试问题线性求解器平均耗时,143,结合整体ILU与Pressure子问题的AMG方法 Pressure方程为抛物型方程 Saturation方程为Transport-dominant 其它组分方程为Transport方程 利用整体ILU磨光降低高频误差 利用AMG算法提高Pressure子块的预优效果 利用网格信息减少ILU和AMG的overhead,FA

41、SP快速辅助空间预优算法,144,FASP算法: 分而治之,求解方程,空间分解,构造提升算子,构造磨光算子,FASP方法,预优效率,复杂井模块,145,交流提纲,油气藏数值模拟技术的发展现状 综合油气藏研究中的模拟技术 新一代数模技术的研发策略 精细油气藏模拟技术提高采收率模拟器的构建 新一代数模软件的搭建的开发油气藏数值模拟技术的发展预测,新一代系统框架,统一模型的离散化方法的设计,油藏数值模拟网格,结构化网格：编号具有严格的有序性，网格的定位能够用空间上三个坐标I,j,k识别，且网格单元之间的连接关系是简单的i,j,k递增或递减的关系。直角正交网格，角点网格。,直角正交网格,角点网格,油藏

42、数值模拟网格,非结构化网格无规则随即的网格结构，网格的定位只能用一维变量识别，网格的连接是无规则的PEBI网格，四面体网格,PEBI网格来源：B.L.Bekner,四面体网格来源：Bin Gong(2007),角点网格的特点及应用,角点网格的构造,顶层平面网格,立柱,坐标块,网格块,构造立柱,添加角点,生成网格,角点网格的几何问题,角点尖灭(pinch out)角点网格块中有部分角点重合在一起。地层由于侵蚀而消失。,角点网格的特点及应用,角点网格的特点1985年，Goldthorpe等人最将角点网格用于西澳大利亚的Rankin油田。Rankin油田有丰富的断层，复杂的边界以及倾斜的底层，传统的

43、直角正交网格很难模拟如此复杂的地形。此时，角点网格体现出了极大的灵活性。角点网格可以模拟断层、斜面等，能够更真实的反映地理信息。由于角点网格也是结构化网格的一种，已有直角网格的模拟器能够轻松用于角点网格的计算，添加十分方便。网格可能不正交，需要对传统的有限差分方法进行修正。,Rankin油田截面图 来源：Goldthorpe,有限差分离散全隐式格式（隐式井底流压）上游相加权牛顿迭代（非线性收敛）松弛加速法自动时间步进线性方程解法（集成）,统一模型的离散化方法的设计,统一的EOS方程表述形式,非线性回归计算方法：Peng-RobinsonRedlick-KwongSoave-Redlick-Kw

44、ong,多组分流体相平衡和热力学性质计算模型的设计,Peng-Robinson状态方程Redlick-Kwong状态方程Soave-Redlick-Kwong状态方程,多组分流体相平衡和热力学性质计算模型的设计,闪蒸膨胀计算模型的理论推导等组分膨胀（CCE）模型等容衰竭（CVE）模型差异分离（DE） 模型,闪蒸流体性质计算模型的设计,在已建立的统一离散数学模型下，开发单孔隙介质恒温全组分模拟内核程序，建立除线性代数解法器模块外的完整模拟器软件平台。针对组分模型非线性程度高，多尺度特征显著等特性，开发有效的离散计算方法，基本实现组分模型的常用功能。平台将适应于模拟以组分变化为主要特征的油气开发过

45、程（包括混相驱、凝析油气等），同时兼容典型黑油模拟器（油、气、水组分）的功能。,全组分模拟器的设计,质量守恒,动量守恒,数学模型,全组分模拟器的设计,全组分模型的常用应用包括：挥发油和凝析气自然衰竭开采；凝析油气藏的循环注干气计算；挥发油和注气开发；通过注贫气对残余油再蒸发开采；凝析气田的注N2气开发；油藏挥发油开发；水驱油藏的混相驱开发；黑油及天然气的开发模拟。,全组分模拟器的设计,161,新一代油藏数值模拟器,实现多尺度物理现象智能集成 量化多重不确定性、实现描述的渐进性 建立灵活、易用、可组装的工作流程（SOA 架构） 搭建一个公共模拟器基础平台（包括基础数据平台）,162,新型解法器：

46、FASP算法简图,162,块对角预条件子 弱化方程耦合程度代数多层网格（AMG）法 压力方程是带有间断系数的椭圆型方程顺风序磨光算子 饱和度方程有双曲方程性质代数方法 处理井方程OpenMP并行化实现 针对主流多核台式机环境,163,FASP求解器软件包构成,163,复杂结构井,完成复杂结构井的井眼轨迹以及同油藏网格的空间位置关系算法研究，完成复杂结构井井指标方法设计；研制目前最前沿的多相流动Drift-Flux模型，用其模拟井筒分段压降和各相持液率，设计出井筒内多相流的压力和流量分布描述方法；建立多段井和油藏的联合求解方法；,复杂结构井（多段井模型）建模过程为：将井筒分段，每一段可以穿过一个

47、或多个射孔网格。每个井段有4个变量：对于每个井段，各建立三个物质平衡方程和一个压降方程。最后考虑井段间的拓扑关系。将方程联立、离散、整理、求解。,复杂结构井设计,控制方程动量守恒方程：物质平衡方程：,复杂结构井设计,井段的守恒方程,油气水组分的质量守恒方程,井段之间的动量方程，即压力关系 (液体重力, 摩擦, 和加速度),抽象分块矩阵,油藏方程对油藏变量的导数 (RR)油藏方程对井变量的导数 (RW)井方程对油藏变量的导数 (WR)井方程对井变量的导数 (WW),RW,WR,WW,区域域分解法： 增加重叠区,WW,完整系统,井部分+少量油藏网格,油藏部分,一体化平台,油藏模拟基础模块,输入,数

48、据交互,输出,研究思路与技术路线,172,新一代模拟器基础结构,173,软件开发,XML“规范”数据结构：, general info like author, datemodified particular to reservoir model points to RM:Fault points to RM:Horizon points to RM:Well points to EM:Horizon points to EM:Fault ,174,数据流,175,数据流,176,软件开发（SOA）,组件式开发：,177,软件开发, ,178,软件开发,软件架构设计,派生类型（derived

49、type）体,SOA架构,Subgrid,300-800,物理目标体,尺度因子,179,软件开发,三层软件结构：模拟器内核数据处理 （I/O & QC）用户界面,180,软件开发,XML 层Input Restart Output,数据库,RUN,GUI 前处理及数据 QC,模拟器内核,GUI 状态实时检测和后处理,数据库,数据库,RUN,Message传递,四、兼容性输入/输出模块,数据输入流程图,打开文件,Runspec 关键字,了解计算规模，选择计算模型、单位制,Grid 关键字,Edit 关键字,求有效孔隙体积、传导率，角点网格的网格中心深度、网格体积、非相邻连接网格传导率,修改和保存

50、Grid 数据,Props 关键字,密度换算，保存Props 数据,Regions 关键字,保存Regions数据,Solution 关键字,处理并保存边水数据,数据有效性检测、按照模拟器要求的格式准备好网格数据、岩石属性数据、表格数据、边水数据和非相邻网格连接数据,Schedule 关键字,TSTEP关键字,处理并保存动态生产数据,Schedule结束,后续处理和运算,Y,Y,N,N,181,LOAD关键字,Y,N,浏览关键字,载入静态数据,RESTART关键字,是否到达重启时间点,Y,载入重启时间点的油藏状态,Summary关键字,保存曲线类输出信息,N,四、兼容性输入/输出模块,数据输出