毕业设计论文水驱机理数值模拟理论基础研究.doc
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1、摘 要随着油田开发技术的不断发展,注水开采储层已广泛应用到油田的采油中来。本文对斯伦贝谢公司的Eclipse数值模拟软件进行了理论模型和操作方法的研究;对水驱油机理、数值模拟理论基础进行了研究;应用该软件分析了影响水驱油效果的几点主要因素,累积注入量一定时,降低注入速度,可提高驱油效率;当油水相对渗透率曲线整体向右平移,采收率提高;当油的相对渗透率曲线不变而水的相对渗透率曲线降低时,水驱采收率提高,产液量变化不明显;润湿性变化和润湿程度对水驱效果都有影响,亲水条件下的采出程度比在亲油条件下的高;亲水越强,采出程度越高,亲油越强,采出程度越低,但同样的强弱变化,亲水油藏比亲油油藏受到的影响大。关
2、键词:Eclipse; 数值模拟;水驱;黑油模型AbstractAs development of Oil field exploitation technology, the technology of water flood has been widely applied to oil fields in oil production. This paper studies the Eclipse numerical simulation software from Schlumberger, including the theory studying and practice opera
3、ting together. Study on the mechanics of water flooding and the theory of numerical simulation. Analyze the factor that affects the efficiency of the water flooding by using this software, considering that reducing the velocity of the water flooding as the same field water injection total can improv
4、e the efficiency of it. When the oil/water relative permeability curve move towards to the right, the recovery increases .Water drive recovery efficiency rises, while the oil relative permeability curve stays the same and the water relative permeability curve decreases, the efficiency of water drive
5、 recovery increases, the change of the fluid production is slight. The changes of the water cut are in direct ratio to the slope of the water relative permeability curve. The efficiency of water drive was affected by the changes of the wettability and the wetting grade, the recovery efficiency of th
6、e water-wet reservoir is higher than the oil-wet one in the same condition. The more water-wet rock is, the higher displacement efficiency is. For a oil-wet reservoir, the converse is true. But the effect causing by the changes in the water wet reservoir is more that in the oil wetting reservoir in
7、the same quantity.Key words: Eclipse; numerical simulation; water flooding; black oil model目 录第1章 概述11.1 本文研究的目的和意义11.2 国内外油藏数值模拟发展概况11.3 油藏数值模拟技术现状31.4 本文研究的主要内容及成果5第2章 水驱机理数值模拟研究62.1 数值模拟基本原理62.2 两相渗流基本微分方程及差分方程92.3 模拟过程概述11第3章 ECLIPSE数值模拟软件研究133.1 Office的主要模块133.2 Office模块的操作过程13第4章 水驱效果的影响因素数值模拟
8、研究224.1 注入速度对水驱效果的影响224.2 相渗平移对水驱效果的影响324.3 水相渗曲线的变形对水驱效果的影响334.4油藏润湿性对采收率的影响34结 论35致 谢36I第1章 概述油藏数值模拟是结合物理、数学、油藏工程以及计算机程序来预测各种开采条件下烃类油藏动态的一种有效工具。油藏数值模拟技术从上个世纪50 年代开始研究至今, 已发展成为一项较为成熟的技术。在油田开发方案的编制和确定, 油田开采中生产措施的调整和优化, 以及提高油藏采收率方面, 已逐渐成为一种不可欠缺的主要研究手段1。本文通过学习Eclipse数值模拟软件基本知识,而且利用Eclipse数值模拟软件对一些简单的油
9、藏问题,水驱油藏进行模拟,运算。并对斯伦贝谢公司的Eclipse数值模拟软件的使用方法进行着重的研究。 最终对其使用方法及各模块的理论基础知识,特别是Office模块的使用方法和理论基础进行学习和研究,还应用该软件对影响水驱效果的几点主要因素进行了数值模拟研究。1.1 本文研究的目的和意义针对ECLIPSE油藏数值模拟软件的理论研究学习与实践操作,发现数据可以直接从软件界面输入,可不必组成固定格式,比较方案时,可直接复制模型,操作简单,结果一目了然。Office模块以动画显示和三维显示来进行前后处理,让计算结果更加可视化。可以有选择性的输出各个时间的模拟结果,并可将结果以报告的形式输出。本文对
10、其理论基础和实际操作方法及主要功能进行研究和实践。并结合水驱油的算例,利用Eclipse软件对影响水驱效果的因素进行模拟、运算。通过对结果的分析最终对其操作过程熟悉掌握,并总结了对水驱油效果产生影响的几点主要因素,同时对水驱油机理及油藏数值模拟技术有一个全面深入的了解。1.2 国内外油藏数值模拟发展概况油藏数值模拟始于20世纪50年代,是随油藏工程渗流理论、计算数学理论和电子计算机技术的发展而形成的一门新兴学科。由于油田开发基础理论的发展和计算机的广泛应用,使油藏数值模拟技术的应用成为可能。经验证明,油藏数值模拟方法为油气田开发及油藏工程的研究提供了现代化的手段,成为油藏工程技术人员的一种不可
11、少的工具。上个世纪30年代人们开始研究地下流体渗流规律并将理论用于石油开发,早在1936年,Schilthuis推导了“物质平衡方程” ,既零维模型,1931年Muskat发表了“均质流体通过多孔介质的流动” ,1942年Buckly和Leverett发表了“前缘推进理论” ,1949年Van Everdingen和Hurst发表了“拉普拉斯变换对油藏问题的应用” 。这些论文的发表,初步建立了油藏工程的理论基础,并开始应用于油田的开发实践;从1950年至1970年的20年间,油藏数值模拟完成了黑油模型的研究,既两相(气、水)和三相(油、气、水)黑油模型。这期间发表了许多论文:对黑油模型研究与应
12、用的主要贡献有:Coast(1969)、Meculloch(1969)、Weaver(1972)、Dandona和Morsse(1975);对数值方法研究的主要贡献者有:Sheldon、Stone、和Fagin、MacDonala、Blair和Weinaug等等。上个世纪50年代在模似计算的方法方面,取得较大进展。1953年Peaceman等人开始用数值方法求解复杂地下渗流问题,如:“非定常气体渗流的计算” 、“抛物型及椭圆型微分方程的数值解”等等;上个世纪60年代起步,人们开始用计算机解决油田开发上的一些较为简单间题,在这期间,由于计算机的飞速发展,促进了数值模拟的发展。黑油模型应用于油气田
13、开发评价、方案的筛选、井网、井距、注水、注气、采油速度、钻加密井等对采收率影响的研究。由于当时计算机的速度只有每秒几万到几十万次,实际上只能做些简单的科学运算;上个世纪70 年后主要体现于计算机的快速升级带动了油藏数模的迅猛发展,大型标量机计算速度达到100500万次,内存也高增至约16兆字节。在理论上黑油模型计算方法更趋成熟,D. W. Peaceman的以及K. Aziz和A. Settari的等主要著作都是在这个阶段出版的,但仍受到计算机速度和内存的限制,使用的方法一般仅限于IMPES及半隐式等,只能解决中小型油藏的模拟应用问题。也出现了混相驱、化学驱、二氧化碳驱、蒸汽驱、热水驱、火烧油
14、层驱等模拟方法。并考虑解决更为复杂的多组分相态在温度、化学剂的影响下原有的物理化学性质问题,以及考虑化学剂的吸附、降解、乳化和界面张力的变化、反应动力学和其他热反映、复杂的相平衡等等。在实际的模拟和应用中,这些模型和模拟方法得到了检验、调整和进一步的发展。早在1956年Kniazeff和Navile对易挥发油藏进行了研究,发表了题为“挥发烃两相流”的论文;1973年Nolen对油藏组分模拟进行了研究,发表了“油层中组分现象的模拟”一文。其中组分模型就是描述有n种碳氢化合物组分的油藏,利用状态方程计算油相和气相的特性参数和平衡参数,计算凝析油藏得采收率以及评价注二氧化碳、注氮气或混相驱等对采收率
15、的影响。蒸汽驱中的热水驱和火烧油层等热采模型,主要用于模拟重质油的开发,以提高油层温度、降低原油粘度、或使原油蒸馏成气体而提高原油的采收率。对热力开发特别是蒸汽驱开发方面的数值模拟研究的文章发表的较多,如Herrera、Williams即Meldau等分别发表了关于蒸汽驱数值模拟结果与油田实际注蒸汽的动态进行对比的论文。化学驱模型有聚合物、胶束及碱水驱、交联聚合物、复合驱。聚合物驱动主要是降低有水流度比,降低水相相对渗透率或增加水相的粘度。胶束表面活性剂驱主要是降低油水界面张力。碱水驱主要是乳化增溶、离子交换、润湿性转换、界面张力变化等。化学驱存在着复杂的流体与流体、岩石与流体之间的胡、互相作
16、用的关系和物理化学变化,如吸附、流变学、离子反应、多相流度和转换的问题。上个世纪80年代则是油藏数值模似技术飞跃发展的年代,解决不同类型油藏的数模计算方法及软件相应问世,同时超级向量机的诞生,使计算机速度达到亿次,甚至几十亿次,内存高达1020亿字节。上个世纪90年代特别是后期,油藏模似软件各模块功能也有了惊人的发展,主要体现为向一体化方面发展;即集地震、测井、油藏工程(数模)、工艺及地面集输、经济评价等为一体的大型软件方面发展2。如VIP、Eclipse、WorkBench、Star等模型,多功能一体化。我国油藏数值模拟研究始于上个世纪80年代,在引进、消化、吸收国外软件的同时,也研制出了自
17、己的各类软件,如黑油模型、双重均质模型、化学驱模型、聚合物驱模型、交联聚合物驱模型、混相驱、微生物驱模型等等。目前油藏数值模似软件基本上形成了一套能处理各种类型油气藏和各种不同开采方式的软件系列3。(1)黑油模型已被广泛用于各种常规油气藏的模拟;(2)裂缝模型可用来解决除砂岩以外的灰岩,花岗岩,凝灰岩和变质岩的裂缝性油气藏开发问题;(3)组分模型用于凝析气藏,轻质油和挥发油藏的开发设计和混相驱的研究;(4)热采模型用于稠(重)油油藏蒸气吞吐,蒸汽驱和就地燃烧的设计;(5)化学驱模型用于在注入水中添加聚合物,表面活性剂,碱等各种化学剂进行三次采油提高采收率的计算和设计。1.3 油藏数值模拟技术现
18、状油藏数值模拟技术自产生以来,为推动其发展的相关技术研究从来没有停止。特别是近几年来,随着模拟技术工业化应用的增强,这种研究以更大的投入、更大的规模呈现;关联学科,特别是计算机技术的进步为模拟技术的发展起到了巨大的推动作用。因此, 目前油藏模拟的技术水平得到了显著的提高4。1. 3.1 并行算法并行算法是一些可同时执行的诸进程的集合,这些进程互相作用和协调动作从而达到给定问题的求解5。并行算法首先需合理地划分模块,其次要保证对各模块的正确计算,再次为各模块间通讯安排合理的结构,最后保证各模块计算的综合效果。并行机及并行软件的开发和应用将极大地提高运算速度,以满足网格节点不断增多的油藏数值模型。
19、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6,7。在共享内存的并行机上把一个按向量处理的通用油藏模拟器改写成并行处理是容易的,但硬件扩充难;分布内存并行机编程较共享式并行机困难,但硬件扩充容易,关键是搞好超大型线形代数方程组求解的并行化。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8。1.3.2 软件平台技术的应用软件平台技术的实现是目前油藏模拟软件最具时代特征的技术标志。通过软件平台技术, 油藏模拟软件实现了工作站软件一体化, 建立了跨专业的综合软件系统。(1)工作站软件一体化的实现90 年代后Western Atlas、CMG、G
20、eoQuest 和SSI 等都推出了一体化的工作站软件。它们使前后处理程序与主模型程序组合在一个软件上, 使用公用内部数据库, 数据使用方便。(2)综合软件系统的建立RISC工作站的发展不但促进了油藏模拟技术的发展, 同样也引起了石油工业其他专业领域的变革, 这样的结果势必引起各个专业之间更迫切希望产生更加紧密的联系下, 有一个共同的软硬件开发环境和标准, 并通过数据库的应用, 使各专业间的数据资源共享, 各专业的研究人员利用同一软件系统,进行研究成果的交流。1.3.3 前后处理技术交互式模型数据输入、多组流体特性PVT数据输入、交互式图形处理与网格设计、智能化帮助查错、模拟运行进程监控、完成
21、数据报告与模拟图形、三维可视化技术等。 1.3.4 模拟技术与方法油藏数值模拟是通过建立描述油藏中流体渗流规律的数学模型, 利用计算机对模型进行数值求解实现的。 (1)一体化的多功能模型:由于油藏储层性质和流体性质的不同, 油藏模拟的模型分为不同的类型: 描述一般油藏的黑油模型; 描述裂缝性储层油藏的裂缝模型; 描述凝析气藏的组分模型; 描述稠油油藏的热采模型9。早期不同的模型是以各自独立的单个软件出现的, 这不利于使前的油藏模拟软件将以往的软件改造成模块化、集成化的模式, 形成一体化的多功能模型。 (2)精确化网格技术:油藏数值模拟需要建立一套网格系统以实现对油气藏空间的离散化, 通过离散空
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