CMG-STARS软件功能介绍及实例介绍

PAGEPAGE28目录一、CMG总体介绍（以问答形式）3二、CMG－STARS软件功能介绍9（一）CMG－STARS化学驱模块数值模拟功能介绍91、聚合物驱功能及特点：92、凝胶功能及特点：11（二）CMG－STARS蒸汽辅助重力泄油模拟功能介绍12（三）CMG－STARS出砂冷采以及适度出砂模拟功能介绍14三、CMG－STARS软件国内外应用实例16（一）聚合物驱国内实例16（二）表面活性剂驱国内实例－华北油田淖50断块18（三）三元复合驱国外实例－北美海上油田19（四）凝胶调剖国内实例20（五）国外凝胶调剖实例1－奥地利leoben大学21（六）蒸汽辅助重力泄油（SAGD）实例－Conoco21（7）稠油出砂冷采及适度出砂实例22（八）泡沫驱实例－挪威的SINTEF石油研究公司23（九）热水驱＋注N2泡沫采油实例24（十）微生物采油实例26（十一）电磁加热稠油开采实例：27一、CMG总体介绍有1CMG对于技术支持和售后服务非常重视。在中国，CMG依靠其在国内的技术支持体系和CMG全球技术服务网络，向用户提供及时有力的技术支持服务。在北京，CMG维持2至3名技术服务人员经常与油田保持联系，CMG的软件售后服务人员随时准备解答用户提出的有关软件使用、软件应用方面的问题。用户可以通过电话、传真和电子邮件等多种形式到CMG解决问题。CMG公司规定在收到客户的问题，一定要在48小时内做出反应。如有个别需要可以到现场服务。作为一家专门从事油藏数值模拟软件开发的公司，CMG开发许多独有的技术，简单介绍如下：（1）率先实现数值模拟微机化CMG是最早正式推出微机版数模软件的公司，CMG软件支持Windows98、2000、NT、XP，2003系列系统及UNIX和Linux系统。（2）自主研发的AIMSOL自适应隐式算法器和PARASOL并行算法器CMG自主研发的AIMSOL自适应隐式算法器，CMG开发的线性方程求解方法，具有先进科技水平的稀疏矩阵转换程序，用于对大量复杂的方程组进行求解，以模拟油田规模的生产和增产过程。这种线性方程求解方法使用不完全高斯消去法作为GMRES加速过程的预处理步骤，对于CMG的自适应隐式产生的贾可比矩阵是理想的求解方法。而PARASOL基于能够调用OpenMP协议的共享式内存设计，采用先进的并行GMERES迭代来求解雅可比矩阵。独创的非结构化网格的并行算法器(Parasol)极大地提高了大型稀疏矩阵的收敛速度。（3）四种裂缝描述方法较其他数值模拟软件只有双孔和双渗两种描述裂缝方法不同的是，CMG软件对于裂缝有双孔、双渗、子域和多重连续作用域等四种描述方法，用户根具体的油藏特征选择不同的模型，是对天然裂缝和人工裂缝的描述更加准确。（4）动态网格技术这是CMG独有的技术，常规的模拟器在定好网格后不能改变，而动态网格技术则可以追踪前缘移动来自动动态调整网格，使模拟器的模拟速度提高一倍以上。尤其是使用于模拟推进前缘较明显的化学驱段塞、SAGD蒸汽腔、底水锥进前缘等过程采用动态网格技术。动态网格与并行软件结果应用，计算速度更能成比例增加。（5）模拟能力超过一亿个节点数根据2002年12月份的测试结果，CMG软件在IBMP690计算机上的运算能力已经达到1亿1千2百万个，这使得这些大型的数值模拟模型在其它软件上模拟一般多需要几天的模拟时间，甚至根本不能运行，现在使用CMG并行模拟在一个晚上甚至几个小时就可以结束，保证了及时地进行结果分析和正确地做出开发决策。这较常规数模百万级规模是个质的飞跃。（6）沥青沉淀和堵塞模拟CMG能够模拟沥青沉淀随压力、温度及组成变化而改变的过程，它可以通过修正的热力学平衡模型来预测(可逆的或不可以沉淀)。（7）蒸汽辅助重力驱油（SAGD）CMG软件可以模拟单井SAGD、双井SAGD以及ES-SAGD过程。（8）电磁加热采油模拟电磁加热储油层技术的工作原理是：使用一低频交流电通到储油层，因为储油层的电阻就产生了热量；从而，石油的粘性降低了。CMG软件可以模拟电/磁电能量注入到有效层、能源热导通过原水或其它低阻物流过油藏、油藏欧姆电阻产生热力、热力将油藏温度提高而且扩散到数米、热油的粘度减少和流压减低、油的流动力增强促进油产提高，产水量降低，和采收率提高。（9）稠油出砂冷采模拟或适度出砂模拟CMG公司与阿尔伯达研究院（ARC）及壳牌等五家大型石油公司共同成立出砂冷采联合会，并推出了世界上唯一的冷采软件。CMG冷采软件是基于先进的砂蚀与运移模型、泡沫油模型以及地质力学耦合模型开发的，能够成功地模拟稠油油藏冷采开发过程中的油层的地质力学变化、砂层的破坏机理、砂粒流动在蚯蚓洞的过程砂粒以及泡沫油的流动，预测开发指标，优化稠油油藏的冷采开发方案等等对于海上油田来说，由于平台空间有限，处理产出砂的成本会很高，所以可以用CMG软件来模拟适度出砂的过程，从而得到最优的经济效益。（10）稠油油藏注空气火烧模拟CMG能够模拟稠油火烧(ISC)，模拟在注入空气并点火之后，利用地下原油燃烧释放出热量，从而降低原油粘度来开采稠油的过程。（11）轻油油藏注空气低温氧化模拟CMG能够模拟轻油注空气低温氧化(AI)，即通过注空气开采轻油(LO),强调烟道气驱替机理并通过质量增加重新加压,O2转换成CO2的混相驱过程。（12）高级地质力学模型除标准的弹性/塑性处理之外，STARS具有几个功能选相用于模拟岩石力学的影响。包括模拟不可逆过程的两个经验模型：蒸汽吞吐中膨胀/再压实情况的应用，以及地面沉降的压实和反弹，此外有一个关联模型用于模拟像塑性变形，剪性膨胀，应变硬化和井筒卸载这样的诱发应力现象。（13）灵活的用户定义化学反应动力学模型CMG能够定义组份之间的依赖于速度的相似反应的过程，其他的功能选相能以依赖于流体流动速度的反应速度来确定相间的传质，反应可以是温度、速度以及渗透率相关，它可用于模拟地层内凝胶、乳化及破乳和泡沫等过程。（14）水平井离散化井筒模型这是CMG独有的技术。水平井，特别是具有井内循环的井，需要有更好的方法进行井的模拟，以回答复杂的井设计和生产中所关心的问题，特别是其中包括了长时间的多次瞬变反映，粘滞压力降，多相流动，以及传导热流动的影响，CMG提供了离散化井模型这样一种有效适合的方法来模拟这些现象，同时解决了井筒内与油藏流动的偶合问题。（15）综合运用化学添加剂和热力采油模拟CMGSTARS是一个强大的热采、化学驱及其他先进采油方法数值模拟的平台，用户可以综合运用化学添加剂和热力采用，如注蒸汽加化学添加剂的过程，从而得到最优的开发效果。（16）动态裂缝模型CMG能够模拟由于注入引起的动态裂缝。当压力超过一定值的时候，即当压力超过油藏岩石的弹性破裂压力的时候，油藏形成裂缝，但压力降低（开采）后，裂缝会自动闭合。（17）微生物采油模拟注微生物，细菌生长：产成醇类、表面活性剂和聚合物，提高采收率机理：提高扫油效率，由于CO2的形成，压力增大，原油膨胀，界面张力降低。（18）弥散型组份的模拟弥散型组份的概念是指一相在另一相中处于稳定的弥散状态，在油藏模拟的规模下可处理为一个组份悬浮于一个携带相之中，这样对于模拟聚合物，凝胶，悬浮颗粒，乳状液和泡沫就提出了一种独特的观点，与STARS灵活的组份性质选项结合在一起，弥散型组份的概念允许你对复杂的现象灵活地设计适当的模拟模型。（19）独立的相态计算软件包（Winprop）WinProp是一个强有力的状态方程工程工具。可确定油气藏特征和流体的组份变化,并将其用于CMG的油藏模拟软件。CMG的WinProp就是用于油藏模拟的一体化组份分析软件。它可以用于组份性质分析、组分劈分与合并、PVT拟合、混相研究、实验室的实验模拟、对出蜡和沥青沉淀的预测、状态方程（EOS）参数回归、多相闪蒸、气在水中的溶解性、蒸汽/液/固体平衡、多次接触混相等。（20）非水平气液、油水或气水接触界面模拟水平气液、油水或气水接触界面，以及多个PVT平衡区的情况。可以油比水重的的油藏。（21）井筒热损失和摩阻计算模型采用SAM半解析模型（CMG独立开发的），CMG软件能够模拟注蒸汽时井筒热损失的情况及单相或多相流动情况下井筒摩阻的变化。（22）水敏效应模拟 CMG软件能够描述油藏中粘土矿物遇水之后的膨胀、吸附及离子浓度的变化，从而模拟水敏对油藏开发的影响，使得模拟的结果更加符合实际。（23）酸敏效应模拟利用CMG软件，用户可以利用多套相渗曲线的自动插值技术以及耦合高级地质力学模型，可以模拟油藏开发过程中的酸敏效应。（24）支持多种软件平台（建模、动态管理软件、经济评价软件以及其它数值模拟哦软件）CMG软件支持多种油藏描述软件的输出格式,例如Z-MAP、GeoGraphix、CPS-3、EARTHVISION、GOCAD、KingdomSuite、IRAPRMS、RESMOD、Petrel等，并支持RESCULE格式，和DSS及OFM动态管理软件也可以直接连接，CMG运行的结果可以直接输入到MERAK等经济评价软中去。CMG软件与诸多软件的无缝连接，保证了用户选择其它软件的灵活性从而排除了某家公司垄断的可能性，保护了用户的利益。同时CMG可以和Eclipse数值模拟软件有接口。用户可以在用Eclipse做过水驱历史拟合的基础上在转换到CMG模型中，从而可以进行化学驱等一些更先进开采方法的数值模拟研究。（25）AVI电影生成功能利用后处理中的AVI影片生成功能，用户可以将模拟结果的全过程用动画的形式显示出来，为准备讲稿提供更加生动的材料。（26）向量流动显示CMG软件以矢量的形式显示油藏中各种参数的流动情况。

二、CMG－STARS软件功能介绍CMG－STARS是功能强大的提高采收率过程收模拟软件。它可用于三组流动、多组份流体的模拟。CMG－STARS能够模拟有或无分散的固体颗粒在流体中的运动，以及通过复杂地质情况的流动，包括天然的以及人工的裂缝。CMG－STARS是一个有力的数值模拟工具。可用于模拟组份、热采、岩石力学（压裂、地层沉降、岩石破裂）、分散组份（聚合物、凝胶、微粒、乳状液、泡沫、调剖、断塞注入）。STARS模拟功能列表稠油开采过程：化学驱过程：蒸汽辅助重力泻油(SAGD)单井SAGD热水驱、蒸汽驱蒸汽吞吐模拟泡沫油(冷采)稠油火烧油层及轻油注空气低温氧化蒸汽混相溶体驱多固体反应电磁加热采油聚合物、凝胶示踪剂表面活性剂、碱三元复合驱（ASP）蜡处理沥青析出过程乳状液气泡化学剂增强气水交替驱微生物采油（一）CMG－STARS化学驱模块数值模拟功能介绍CMG－STARS化学驱模型是一个大型工业应用油藏数值模拟软件，它可用于聚合物、凝胶、示踪剂、表面活性剂、碱、三元复合驱（ASP）、蜡处理、沥青析出过程、乳状液、气泡、化学剂增强气水交替驱、微生物采油等提高采收率方法的数值模拟研究。1、聚合物驱功能及特点：实验室规模到现场规模的数值模拟研究聚合物配方选择聚合物驱开发方法优化设计聚合物驱油机理研究（注：UTCHEM的发明者之一的美国得克萨斯大学保罗博士Dr.Pope一直以来利用CMG软件进行现场规模的化学驱油机理研究）聚合物驱模拟跟踪为地面设备选择提供依据结果可以直接输入PEEP等经济评价软件中进行经济评价聚合物驱物理化学描述过程介绍：由于CMG－STARS具有灵活的组分定义功能，可以模拟的聚合物体系的数目不受限制模拟生物聚合物和非生物聚合物聚合物吸附和脱附（可以完全脱附或部分脱附）聚合物吸附的优先级（多种聚合物存在时）炮眼剪切粘度降低模拟功能阳离子交换反应分子扩散和弥散不可及孔隙体积相对渗透率变化渗透率下降粘度变化，线性及非线性粘度变化聚合物溶液的流变特征兼容水驱模拟功能注入段塞任意组合粘度计算方法油、水、固相（吸附相）设计模拟不同的水（地层水、注入水不同定义）模拟地层原油非均质性（如粘度分布的区域分布不同）离子：阴离子(Chloride)、二价离子(Calcium)等2、凝胶功能及特点：渗透率垂向差异调剖研究水驱油田大孔道调驱研究凝胶化学药剂用量计算实验室及现场规模方案研究不同段塞优化研究注入浓度研究底面以及地下成胶方式历史拟合、动态预测提出合理的解决方案考虑的物化特征：化学反应平衡方程和反应动力学来描述凝胶生成过程非线性相关相粘度计算模型铬/聚合物体系铝/聚合物体系弱凝胶体系强凝胶体系温度相关粘度计算聚合物吸附滞留及脱附模拟过程非线性相关密度计算模型聚合物溶液粘度、流变性、离子交换、渗透率下降系数胶结物的降解交联反应对水相粘度阻力系数、残余阻力系数的影响交联反应物反应几率（二）CMG－STARS蒸汽辅助重力泄油模拟功能介绍蒸汽辅助重力泄油（SAGD）是把蒸汽通过上部的水平井注入地层，在砂岩出层内形成蒸汽腔。蒸汽凝结在沥青界面上给石油加热。较低粘度的热油近过蒸汽腔界面流进下部的水平生产井。SAGD模拟功能：模拟从注入蒸汽循环预热、到形成稳定的蒸汽腔后等后续过程中油藏温度、压力、饱和度以及各种组份参数场的分布提供优化的油藏操作条件预测油藏开发指标优化SAGD开发方案判断油藏中剩余油的分布辅助选择适用于SAGD作业的设备模拟特点：模拟脱气原油或未脱气原油蒸汽拖曳分析热损失估计及控制润湿性变化离散化水平井筒井筒水力学计算井蒸汽控制膨胀和压实相关计算应用地质力学模型－模拟注入蒸汽后的地层膨胀压实作用溶解气油比的影响上覆气顶的影响油藏非均质性的影响井距的影响井筒摩阻及热损失计算功能混合网格加密功能动态网格功能 ES-SAGD（带有溶剂添加剂的蒸汽辅助重力泄油方法）（三）CMG－STARS出砂冷采以及适度出砂模拟功能介绍1、出砂冷采以及适度出砂技术介绍稠油出砂冷采技术是在八十年代后期国际油价持续下跌的背景下，从加拿大等国兴起的一项稠油开采新技术，近些年来迅速得到推广应用。与常规注水开发和注蒸汽开发相比，该技术具有以下优势：日产油量高，开采成本低，采收率与蒸汽吞吐接近。该技术属一次采油范畴，无需注入蒸汽，而日产油量一般可达5t/d～40t/d，是常规开采产量的数十至数百倍，也大大高于注蒸汽开采产量，开采成本一般低于4.5美元/桶；在200m左右井距下，采收率一般可达8%～15%，最高可达20%左右，大大高于降压开采或注水开发采收率，与100m小井距下蒸汽吞吐采收率接近。适度出砂技术是指有选择地防砂，或者有限度地防砂。具体是指：对于出砂油藏，在原油开采过程中，不同粒径的油层砂随地下原油运移，根据运移的油层砂粒度大小及分布，有选择地阻止大于或者等于一定粒径的油层砂随原油运移，并通过这些粒径的油层砂的堆积，形成滤砂屏障，进而阻挡较小粒径的油层砂随原油运移，从而达到防止一定粒径的油层砂的目的。在形成滤砂屏障以前允许更小粒径的油层砂随原油运移。从而达到改善近井眼地层的油层物性，充分发挥油层产能。2、CMG－STARS冷采软件发展简介2001年，CMG公司与阿尔伯达研究院（ARC）及壳牌等五家大型石油公司共同成立出砂冷采联合会，并推出了世界上唯一的冷采软件。CMG冷采软件是基于先进的砂蚀与运移模型、泡沫油模型以及地质力学耦合模型开发的，能够成功地模拟稠油油藏冷采开发过程中的油层的地质力学变化、砂层的破坏机理、砂粒流动在蚯蚓洞的过程砂粒以及泡沫油的流动，预测开发指标，优化稠油油藏的冷采开发方案等。对于海上油田来说，由于平台空间有限，处理产出砂的成本会很高，所以可以用CMG软件来模拟适度出砂的过程，从而得到最优的经济效益。3．CMG－STARS出砂模拟功能简介1）软件功能：预测何时开始出砂（临界速度）泡沫油模拟出砂与泡沫油相互作用评价后期出砂动态调整数学模型来获得出砂过程的机械参数实验室规模以及现场规模出砂研究出砂开发方案优化设计2）模型机理：流体－地质力学耦合模型说明了冷采过程的机械原理：应力集中－减弱了岩石的机械强度流体的流动－使砂粒产生侵蚀性运移随着岩石颗粒的破碎和运移，提高了油藏孔隙度，进而出现了油－砂混合流动多孔弹性力学两个破坏机理（1）近井地带由于应力集中造成局部伤害；（2）由于流体侵蚀，造成流体力学不稳定性以上两种机理相互作用：地层伤害造成岩石颗粒变的松散，更易于侵蚀侵蚀作用提高未扰动岩石的孔隙度，减弱了岩石的机械强度多孔塑性力学发生较大变形时，就会达到破坏准则，出现塑性特征。流体流动和侵蚀动力学方程，流体化的固体组份，指定与流体同速流动的固体颗粒悬浮物。地质力学模型：有限元和有限差分空间离散耦合／非耦合方法和时间离散问题的非行性三、CMG－STARS软件国内外应用实例（一）聚合物驱国内实例1、华北油田蒙古林砂岩油藏蒙古林砂岩油藏地质储量1158万吨，含油面积18.3平方公里，主要地质特征有以下几点：油藏埋藏浅，主力油层单一，厚度薄；层间渗透率级差大，层间矛盾突出；油层连通率高，但平面非均质性严重；地层原油性质较差；地下原油粘度在124～233mPa.s之间，属普通稠油油藏。该油藏自1989年10月全面投入注水开发后，含水上升快，产量递减迅速，于1991年即进入高含水采油阶段，在油田进入高含水期后，采取了以控水稳油为目的的综合治理措施，在点状调剖的基础上，对油藏整体进行了多轮次的化学段塞调剖，效果显著，但随着调剖轮次的增加，效果越来越差。该项目采用CMGSTARS计算了12个方案，主要考察不同注入粘度和注入倍数的影响。2、中岔口油田中岔口油田属沙三下段地层，地质储量90×104t，据单井测井结果统计，平均渗透率为500×10-3μm2、平均孔隙度22%。地层原油粘度3.4～27.4mPa•s，密度0.7611～0.85g/cm3，原始地层压力15.04MPa。地层水型CaCl2，总矿化度为13673～24475mg/l。该项目是在第一次注聚合物（黄原胶）的基础上进行的二次注聚可行性研究，设计了两个方案，考察不同注采速度下的聚合物驱效果。图1中岔口聚合物驱模型网格划分图2聚合物驱方案对比图3聚合物驱历史拟合（产油）（二）表面活性剂驱国内实例－华北油田淖50断块淖50断块阿尔善油组依据沉积韵律性划分为12个小层，平均孔隙度为20.7%，渗透率为1.52～3431×10-3μm2，属中孔中渗油层，油层层内非均质系数0.94～1.37，平均1.08，层间非均质系数平均为0.73。在地层条件下，阿尔善油组的平均地下原油密度为0.8621g/cm3，地下原油粘度平均46.01mPa.s。本项目研究注入表面活性剂（黑液木质素）对开发效果的改善，共设计了10个方案，主要考察不同注入浓度和注入方式对效果的影响。（三）三元复合驱国外实例－北美海上油田该项目是在北美海上油田所做一个非常成功的碱、表面活性剂和聚合物（ASP）多元复合驱的项目。图1含水饱和度分布图图2水驱之后多元复合驱油产量及采出程度图详细介绍见超级链接:多元复合驱.htm网页地址：http://ior.rml.co.uk/issue4/Chemical/cmg/index.htm（四）凝胶调剖国内实例华北油田泽70-15断块泽70-15井断块主要发育Ed组油层，面积0.75Km2，储量130×104t，孔隙度为15.1～28%，平均20%，渗透率为14.5～458.7×10-3μm2，平均62×10-3μm2，平面渗透率级差为31.6，表明具有较强非均质性。泽70断块平均地层温度93.4℃，地面原油具有“四高”特点：即高比重、高粘度、高沥青质、高凝固点。地层油粘度165.6mPa.s。本项目主要是对可动凝胶驱进行跟踪评价，对凝胶驱生产历史进行拟合，在拟合的基础上，共设计了4个方案，主要考察调驱后工作制度对效果的影响。图1泽70三维网格（可动凝胶）图2可动凝胶驱历史拟合.（五）国外凝胶调剖实例1－奥地利leoben大学奥地利leoben大学“天然裂缝油藏凝胶提高采收率方法预测”PredictionofIn-situGelationIORProcessbySimulatingFeaturesofNaturallyFracturedReservoirs超级链接：FischerHerbert.htm网址：http://www.unileoben.ac.at/~stdekan/diplom_DIS/DI_2001/diweih2001/FischerHerbert.htm国外凝胶调剖实例2－委内瑞拉东部油田SPE89398超级链接：SPE89398IOR.pdf（六）蒸汽辅助重力泄油（SAGD）实例－ConocoConocoSurmont先导试验项目实例加拿大阿尔伯达省东南约75km的FortMcMurray油田，三个SAGD水平井对，两口井为400米长，另一口为700米长，都为割缝衬管完井，对这三口井进行了历史拟合和预测。SAGD温度场分布图超级链接：ConocoSurmontPilotProject.pdf（7）稠油出砂冷采及适度出砂实例具体介绍见超级链接：出砂冷采和适度出砂SPE69719.pdf（八）泡沫驱实例－挪威的SINTEF石油研究公司挪威的SINTEF石油研究公司用CMG所做的北海油田泡沫驱项目：模拟实验室内泡沫在岩心中的流动、压力和温度对泡沫性质的影响、油藏条件下泡沫的性质、泡沫的相对渗透率泡沫驱三维立体图泡沫在岩石孔喉中的流动具体介绍见超级链接：泡沫驱Foam.htm（九）热水驱＋注N2泡沫采油实例中国石油勘探开发研究院热采所：实例1：冷43块S23稠油油藏热水驱油助剂氮气泡沫段塞驱提高采收率研究冷43块S32油层于92年5月编制注水试验方案，方案设计注水井1口，采油井4口（其中上、下层系各2口）；注水层位为上层系即I～Ⅲ砂岩组；注采井距200m。同年9月油井全部投产，到93年6月注水3.52×104m3，上层系两口生产井累积产油1.81×104t，累积采液1.85×104t，累积采注比1.9。94年11月，为了进一步认识上下层系间隔离带的封隔性，注水井冷43-36-656井打开S32Ⅰ～Ⅵ砂岩组，转为全井段笼统注水，至96年6月，累积注水5.01×104m3，平均日注量92m3/d，4口采油井累积采油3.55×104t，累积采液3.71×104t，累积采注比1.35。为了加快对冷43块S32油层注水开发的认识。96年6月编制了冷43块S32油层扩大注水试验方案，96年9月转入扩大注水试验。目前注水先导试验区内有注水井5口，采油井33口.冷43断块区S32油层从1992年开始试采至今已有近十年的开发历史，现场采用常规降压开采后转常温注水开发，目前已进入常规降压开采后期，地层能量严重不足，油藏压力已从原始的16.9MPa下降到7.0MPa，而常温注水试验井组经过几年的生产