稠油热采数值模拟技术

稠油热采数值模拟技术稠油热采数值模拟技术热采数值模拟技术概述热采数值模拟技术开展个人计算机的开展热采数值模拟软件开展热采油藏模拟软件的主要功能热采数值模拟配套技术稠油热采根底热采油藏模拟的根本数学方法热采数值模拟主要内容稠油热采数值模拟主要输入参数个人计算机的开展微处理器80286386DX486DX奔腾奔腾III奔腾IV推出时间2/1/8210/17/854/10/893/22/935/07/972000主频(MHz)6,8,10,12.516,25,3325,33,5060,66200,10001.3G,3.2G总线宽度16位32位32位64位64位64位晶体管数量(million)0.1340.2751.23.17.5/工艺(microns)1.510.80.80.350.13可寻址内存16MB4GB4GB4GB64GB64GB虚拟内存1GB64TB64TB64TB64TB64TB简要说明性能是8086的3-6倍第一款X86芯片，可处理32位数据集芯片上一级高速缓存超级扩充体系结构，性能是486DX/33MHz的5倍双路独立总线，动态执行，英特尔MMX技术超线程（HT）技术，前端总线800MhzUSB2.0浮点运算速度变化P3/1.0GHz的速度是1P4/3.0GHz的速度是3.4热采数值模拟软件开展始于二十世纪七十年代八十年代，热采数值模拟技术研究的主要方向是：针对蒸汽吞吐和蒸汽驱，研究注蒸汽过程中水蒸汽过泡点时数值模型解法的稳定性。研究不同网格排序的解法，提高计算速度，软件应用于稠油热采工程。九十年代，热采模拟增加了多组分模型功能：如热采加化学添加剂；增加了自适应隐式解法、双孔双渗模型、水平井模拟等。增加了前、后处理功能：包括动态曲线、3维场图。近年，热采数值模拟又增加了角点网格、井筒离散、泡沫油、出砂冷采等模拟功能。前后处理更加完善、实用。井筒数值模拟技术也从利用计算器计算，开展到计算机模拟计算水平，目前也有良好的用户界面、简单实用的曲线输出功能热采油藏模拟软件的主要功能三维、三相、多组份直角坐标、柱坐标模拟蒸汽吞吐、蒸汽驱过程考虑热采的主要特性注汽井、生产井注入不同压力〔温度〕、干度的水蒸汽原油的粘温特性蒸汽吞吐过程中相渗曲线的变化顶底盖层及隔夹层的吸热、散热问题油藏温度场、粘度场、饱和度场变化边井、角井网格修正蒸汽吞吐一周期示意图蒸汽带热水带冷油带注汽闷井产油蒸汽驱过程示意图蒸汽带热水带冷油带注汽井生产井生产井热采油藏模拟软件的附加功能注蒸汽加添加N2、CO2注蒸汽加泡沫剂Foam分散组份：凝胶、聚合物、碱化物边底水模型泡沫油Foamy井筒离散化的水平井角点网格局部网格加密动态数组断层处理双孔、双渗出砂冷采电磁加热火烧油层低温氧化地质力学模型：压裂、地层变形热采数值模拟配套技术热采数值模拟前处理主要功能网格生成岩性数据相渗数据及其随温度变化相渗曲线自动光滑PVT数据确定求解方法井定义完井及射孔层位定义动态数据：注入数据、生产数据、生产条件历史拟合数据热采数值模拟配套技术热采数值模拟后处理主要功能生产动态曲线3D模拟场图旋转、切片、联井剖面图形模板多井动态曲线多场图显示图形输出单图输出图形动态输出〔avi格式〕稠油热采数值模拟技术热采数值模拟技术概述稠油热采根底粘温关系汽驱剩余油饱和水蒸汽特性热采油藏模拟的根本数学方法热采数值模拟主要内容稠油热采数值模拟主要输入参数稠油热采数值模拟根底稠油粘温关系ASTM粘温坐标系稠油粘度的温度敏感性：在高粘度区：一般温度升高10℃，粘度下降约50％含气稠油粘度变化1、2、3、油水粘度比大汽驱剩余油汽驱剩余油与温度有关，<0.15相渗曲线随温度变化水蒸汽热物性饱和温度、饱和压力、热焓、比容、干度动力粘度20406080100120140160180200220240260280300320340360TEMPERATURE，DEGREESCENTIGRADE〔℃〕01.001.251.501.752.03.04.05.06.07.08.09.01015203040507510015020030040050010002000300050001000020000500001000002000005000001000000200000050000001000000020000000KINEMATICVISCOSITYCENTISTORES（mPa.s）KINEMATICVISCOSITYCENTISTORES〔mPa.s〕01.001.251.501.752.03.04.05.06.07.08.09.0101520304050751001502003004005001000ASTMSTANDARDVISCOSITYTEMPERATURECHARTSFORLIQUIDPETROLEUMPRODUCTS40506070809010011012013014015016017018019020022024026028030032034036038040042044036-704736A-84635A-844

D84-35-40

TEMPERATURE，DEGREESFAHRENHEIT〔F〕Qi40脱气油Qi40含气油ASTM坐标图吞吐相渗曲线SwKrwKro饱和水蒸汽温度、压力关系曲线饱和温度随压力上升而升高，5MPa以下温度升高较快，5MPa饱和温度到达264℃，10MPa饱和温度为311℃。液态〔未饱和水〕气态〔过热水蒸气〕临界温度374.1℃临界压力22.1MPa饱和水蒸汽热焓变化图3～20MPa，干度在0.6左右，饱和水蒸汽的热焓随压力变化不大。在低压下，水蒸汽潜热较大，10MPa以下，潜热占干蒸汽热焓的50％以上。饱和水蒸汽比容变化图干度为0.6，2MPa时：水蒸汽比容是液体的51倍，

6MPa时：水蒸汽比容是液体的15倍饱和水蒸汽干度变化与热焓变化关系图初始干度70％，4MPa时：干度下降40％，水蒸汽热焓变化30％；干度下降10％，热焓变化7％。干度变化值与热损失值不同。稠油热采数值模拟技术热采数值模拟技术概述稠油热采根底热采油藏模拟的根本数学方法根本假设根本方程方程组求解热采数值模拟主要内容稠油热采数值模拟主要输入参数热采油藏模拟的根本数学方法根本假设油藏内油、气、水三相流动，流动满足达西定律。流体由三相〔油、气、水〕和多个组份〔水、死油、轻质油、气等〕组成。油相中含有死油、轻质油组份；水相、气相中含有水组份；任一组份在相间分配关系服从相平衡原理。油藏内的渗流为不等温渗流过程，温度影响着原油的粘度以及油、气、水三相相对渗透率曲线。流动过程中的热量通过传导、对流、辐射等三种方式实现热传递。热采油藏模拟的根本数学方法根本微分方程质量守恒方程流入质量-流出质量+源/汇产生的质量=质量的变化能量守恒方程单位时间净流入单元体的能量+由传导和辐射净传递的能量+源/汇产生的能量-向盖、底层散失的能量=单元体内能的变化量约束方程饱和度约束方程：So+Sw+Sg=1组份约束方程、辅助方程定解条件边界条件、初始条件微分方程和求解变量说明差分方程组差分方程组的形成：微分方程离散化，采用块中心网格、五点或九点差分格式差分方程的线性化：自适应隐式方法和全隐式方法求解XZY流入流出线性方程组的求解D4排序的线性方程组的系数矩阵中含有大量的零元素，非零元素以对角线的形式分布在主对角线上及其两侧，呈带状排列，因此系数矩阵是带状稀疏矩阵。D4排序的LU分解法D4排序方法高斯消元LU分解法

D4排序网格系统图D4排序的系数矩阵结构稠油热采数值模拟技术热采数值模拟技术概述稠油热采根底热采油藏模拟的根本数学方法热采数值模拟主要内容建立数学模型生产动态历史拟合开采方式敏感性分析数值模拟开发效果预测稠油热采数值模拟主要输入参数热采数值模拟主要内容建立数学模型单井模型井组模型试验区模型全油藏模型蒸汽超覆研究吞吐产油曲线建立数学模型井组模型对角网格、平行网格边部网格修正边井、角井生产曲线平行网格角井蒸汽突破方向可能会有误对角网格、平行网格汽驱突破变化图平行网格对角网格纵向网格与垂向涉及面积关系中部有高渗通道，纵向网格对涉及面积和突破时间有影响建立数学模型试验区模型区域不封闭的影响非均质影响动态数据多的影响全油藏模型稠油热采数值模拟模型特殊网格角点网格有限元网格生产动态历史拟合产液量拟合压缩系数影响渗透率参数调整粘温关系变化井底流压控制产油量、含水率拟合相渗曲线数据调整油藏压力、油藏温度拟合相渗曲线数据调整见水过早见水过晚后期含水过低后期含水过高fwKroKwSotimefwKroKwSotimefwKroKwSotimefwKroKwSotime开采方式敏感性分析油藏参数井网、井距；油层厚度渗透率；粘温数据注汽参数周期注汽强度注汽速度、注汽压力〔温度〕、注汽干度闷井时间生产参数最大排量井底流压数值模拟开发效果预测蒸汽吞吐开发效果普通稠油常规吞吐超稠油吞吐蒸汽驱开发效果普通稠油常规吞吐超稠油蒸汽吞吐稠油热采数值模拟技术热采数值模拟技术概述稠油热采根底热采油藏模拟的根本数学方法热采数值模拟主要内容稠油热采数值模拟主要输入参数网格参数、油藏参数流体参数岩性数据初始化数据数值方法参数井和动态数据 井筒温度模拟网格参数坐标系及网格选择：直角网格、柱坐标网格、角点网格网格划分：NX、NY、NZ网格大小：DX、DY、DZ，网格大小可以是简单的常数，也可以是不同变数网格修正：对于边部、角部等特殊网格的体积、面积修正。网格数据：顶深、油层厚度、砂层厚度、孔隙度、渗透率、饱和度，这些数据可以按网格、按层或按常数输入。边界修正网格修正：与流动方向有关*VAMODkeyvaiajak边部网格*VAMODkey0.510.50.5角部网格*VAMODkey0.250.50.50.25油藏参数双孔双渗模型的基岩与裂缝参数：基岩的孔、渗、饱，裂缝的孔、渗、饱。区域划分：可以将数值模型在平面上、纵向上划分为多个区域，模拟结果的产油、含水、压力、温度等参数变化，可以按区域统计分析。油藏岩性参数：参考压力下，岩石的压缩系数，岩石比热，岩石导热系数顶底盖层参数：顶底盖层的比热、导热系数流体参数组份定义：组份名称：‘Water’、'OIL'组份对应的物性数据及临界数据：莫尔质量、密度、临界压力、临界温度、比热等粘温数据：粘温曲线数据参考点数据：参考温度、参考压力岩性数据岩性编号不同温度下相渗端点数据：温度、束缚水、剩余油、临界气饱和度、气驱剩余油、剩余油下的水相相渗、原生水下的油相相渗、原生水下的气相相渗相渗曲线数据：油水相渗的含水饱和度、油相相渗、水相相渗，油气相渗的含气饱和度、油气相渗、水气相渗初始化数据初始压力初始温度初始含油饱和度初始含水饱和度对于底水油藏的油水界面深度数值方法参数系数矩阵排序：自然排序、红黑排序、D4排序、RCM排序方程解法：高斯消去法、迭代法解法控制参数：最大时间步、最大内迭代〔Newton迭代〕循环步、最大外迭代〔Jacobian矩阵解迭代〕循环步、迭代超松弛系数、收敛误差、自适应隐式解法迭代控制参数：1个时间步内，压力、温度、饱和度、mole分数等参数变化范围井和动态数据时间：开始时间、开始时间迭代步长单井数据：井编号、井名、井位坐标、井系数井组数据：井组名、井组内井名完井定义：完井井段、井半径、井系数、表皮系数井类别定义：生产井、注入井井操作数据：开井、关井注汽井：井编号、注汽温度、注汽干度、注汽压力生产井：井编号、最大产液、最小流压停止计算标识：STOP井系数修正稠油热采数值模拟小结模型特点多组分模型功能能量守恒、传热、导热问题顶底盖层散热、隔夹层吸热升温热物性、水蒸汽特性油藏比热、导热系数稠油粘温关系相渗数据随温度变化注汽井注汽速度、注汽压力〔温度〕、注汽干度干度>0时：根据饱和蒸汽压力，自动算出饱和温度生产井限产液、最小流压、最高含水、最高气油比稠油热采数值模拟小结地质模型深度、油层厚度、净总比、孔渗饱模型数据PVT、粘温曲线、相渗曲线、剩余油与温度关系压缩系数、导热系数〔J/m.day.℃〕、比热〔J/m3.℃〕动态数据井数据：完井井段注汽数据：注汽速度、压力、温度、干度生产数据：产油、含水、压力变化热损失：地面、井筒热采油藏模拟软件STARSSteam,Thermal,andAdvancedProcessesReservoirSimulator://wwwgl.ca/software/stars.htmECLIPSEThermal://sis.slb/content/software/index.aspVIPThermal://lgc/productsservices/reservoirmanagement/vip/default.htmSTARS软件特点操作系统：Windows主模型特点常规热采：吞吐、汽驱、热水驱特殊模拟：注蒸汽+氮气、+CO2、+泡沫剂、火烧、地质力学模型、天然裂缝、聚合物、凝胶网格系统：直角、角点、有限元、局部网格加密解法：排序、直接解、迭代解、全隐式、自适应隐式(AIM)动态定义最大网格、最多井数水平井：离散井筒模型例题：67个模拟例题数据STARS软件特点前处理BuilderModel、Well、Grid、PVTBuilder后处理Result3D场图鼠标读值、旋转、切片、按时间步输出图形文件生产动态曲线曲线上读值历史拟合等曲线比照非常规模块出砂冷采、电磁加热、低温氧化STARS软件工作平台读取场图数据读取曲线数据井筒温度模拟井筒温度模拟软件WTSPWellboreTemperatureSimulatorPackage注汽井模拟SIWSSteamInjectionWellboreSimulator计算井筒温度、压力