数值模拟技术.ppt

1、油藏数值模拟技术,报告人：戴涛 2009.9,一、数值模拟技术简介 二、数值模拟技术的方法原理 三、如何理解数值模拟技术 四、如何做好数值模拟应用 五、数值模拟技术发展趋势,提 纲,1 油藏数值模拟的基本概念,一、数值模拟技术简介,油藏数值模拟技术 是把油藏分成许许多多的三维网格块，对每一格块运用数学方程加以描述，并采用计算机对其进行模拟计算。即用计算机模型动态的表示真实油藏的变化过程。,1 油藏数值模拟的基本概念,一、数值模拟技术简介,数学描述 用数学方程描述实际油藏及油藏开采动态的过程。, 物质平衡定律,原来,进来,出去,目前,+,=, 达西定律, 状态方程, 分析基础, 时刻牢记,1 油

2、藏数值模拟的基本概念,一、数值模拟技术简介,网格模型 用积木搭起的一个油藏体。,孔隙介质中通常有三种组分：油气水； 通常假定油水为非混相状态，油水之间无质量传递； 通常假定气水之间有质量传递，以随压力而变化的溶解度的形式； 通常假定气肯定溶解在油相中； 油藏温度恒定，流体一致处在热动力平衡之中； 流体的特性只是压力的函数，不考虑组分的影响。,黑油模型基本假定,2 技术发展历程,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。,50年代，在数值模拟的计算方法方面，取得较大发展。,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的问题。,70年代后，计算机的快速升级带动了油

3、藏数值模拟的快速发展，大型向量机出现。在理论上，黑油模型计算方法趋于成熟，D.W.Peaceman的 油藏数值模拟基础及K.Aziz和A.Settari的油藏模拟出版。但仍受计算机速度及内存的限制，只能解决中小型油藏的模拟应用问题。,一、数值模拟技术简介,80年代，数值模拟技术飞跃发展。解决不同类型油藏数模计算方法和软件问世，同时超级向量机诞生，使计算速度达到亿次，甚至几十亿次，内存高大1020亿字节。,90年代特别是后期，由于工作站和并行服务器的发展，把油藏数值模拟技术带入了新的发展时代。,进入二十一世纪，数值模拟并行技术迅速发展，模拟的规模和精度大幅度提高 。油藏模拟软件各模块功能得到惊人

4、的发展，主要体现为向一体化方向发展，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 技术发展历程,一、数值模拟技术简介,2 技术发展历程,油藏模拟技术主要进展历史,一、数值模拟技术简介,3 油藏数值模拟的现状,模拟网格精确化,数值解法标准化,应用软件一体化,前后处理可视化,数值计算并行化,软件技术网络化,模拟技术工程化,一、数值模拟技术简介,4 主流的油藏数值模拟软件,一、数值模拟技术简介,公司,软件,擅长,斯伦贝谢GeoQuest,LandMark,CMG公司,ECLIPSE,VIP,CMG,黑油模型 组分模型 前后处理,聚合物模拟 地面设施的全系

5、统模拟,热采模拟,主要 模块,E100 E200 E300 前后处理模块等,Polymer Comp Therm Encore等,STARTS IMEX GEM WINPROP等,黑油模型模拟软件：用于水驱油藏数值模拟研究。,ECLIPSE 软件 （斯伦贝谢公司） VIP软件 （Landmark公司） CMG软件IMAX模块 （加拿大CMG公司） SURE软件 （GCC 公司）,组份模型模拟软件：用于气藏、凝析气藏数值模拟研究。,CMG-Gem 模型 （加拿大CMG公司） Eclipse 300模块 （斯伦贝谢公司）,5 软件应用分类,一、数值模拟技术简介,稠油热采模拟软件：用于稠油吞吐，蒸汽

6、驱、火烧等热采模拟研究。,CMG软件stars模块 （加拿大CMG公司）,聚合物及化学驱模拟软件：用于聚合物驱油及复合驱油藏模拟研究。,ECLIPSE软件聚合物驱模块 （斯伦贝谢公司） VIP软件聚合物驱模块 （landmark公司） UTCHEM化学驱软件 （德克萨斯大学） FACS稀体系化学驱软件 （美国WITA公司）,并行版油藏数值模拟软件：用于并行数值模拟运算，提高运算速度。,ECLIPSE 并行版软件 （斯伦贝谢公司） VIP并行版软件 （Landmark公司）,5 软件应用分类,一、数值模拟技术简介,一、数值模拟技术简介 二、数值模拟技术的方法原理 三、如何理解数值模拟技术 四、如

7、何做好数值模拟应用 五、数值模拟技术发展趋势,提 纲,二、数值模拟技术的方法原理,数学模型,数值计算模型,数值计算,结果展示,现实原型,油藏数值模拟技术的实现过程,空间 时间,假设条件 基本方程 边界条件 初始条件,质量守恒定律 达西定律,网格化 差分方法 网格排序,直接求解 迭代求解,图形 计算机,偏微分方程组,非线性代数方程组 线性代数方程组,二、数值模拟技术的方法原理,孔隙介质中通常有三种组分：油气水； 通常假定油水为非混相状态，油水之间无质量传递； 通常假定气水之间有质量传递，以随压力而变化的溶解度的形式； 通常假定气肯定溶解在油相中； 油藏温度恒定，流体一致处在热动力平衡之中； 流体

8、的特性只是压力的函数，不考虑组分的影响。,黑油模型基本假定条件,二、数值模拟技术的方法原理,物质平衡定律,原来,进来,出去,目前,+,=,体现在什么地方？ 分析问题的基础！,连续性方程,二、数值模拟技术的方法原理,线性代数方程组,X =,每个节点都是一个连续性方程； 每个节点都复合物质守恒定律,一、数值模拟技术简介 二、数值模拟技术的方法原理 三、如何理解数值模拟技术 四、如何做好数值模拟应用 五、数值模拟技术发展趋势,提 纲,三、如何理解数值模拟技术,数值模拟技术的基本特点, 科学性 局限性 综合性 可逆性 复杂性 快捷性 多解性 近似性,三、如何理解数值模拟技术,科学性,物质守恒方程 达西

9、定律 状态方程,？数值模拟是一门科学，又是一门艺术。,科学,“艺术”,三、如何理解数值模拟技术,局限性,孔隙介质中通常有三种组分：油气水； 通常假定油水为非混相状态，油水之间无质量传递； 通常假定气水之间有质量传递，以随压力而变化的溶解度的形式； 通常假定气肯定溶解在油相中； 油藏温度恒定，流体一致处在热动力平衡之中； 流体的特性只是压力的函数，不考虑组分的影响。,黑油模型基本假定,模型的建立是基于假设条件，假设就是其中的影响。目前对结果影响大的主要还是化学驱数学模型。,三、如何理解数值模拟技术,综合性,地质,测井,室内实验,试井,生产监测,生产测井,钻井,地震,构造、地层、断层、井间非均质等

10、,沉积、岩性、构造、断层、裂缝等,深度、岩性、饱和度、储层物性等,深度、岩性、厚度、取芯等,油、气、水产/注量，压力等,产液剖面、吸水剖面等,相渗、毛管压力、高压物性等,压力、有效渗透率、连续性等,资料,认识,三、如何理解数值模拟技术,综合性,数值模拟技术是油藏表征技术之一,三、如何理解数值模拟技术,多解性,同一指标的拟合不同的人对参数理解程度的不同会导致不同的处理。,错误的理解会导致错误的拟合，而错误的拟合会导致错误的开发决策。,三、如何理解数值模拟技术,复杂性,误差的产生是多方面原因造成的。所以不要期待一蹴而就； 问题也是有规律的，正确处理可以得到有效地解决。,地质,测井,室内实验,试井,

11、生产监测,生产测井,钻井,地震,三、如何理解数值模拟技术,近似性,储层模型,模型描述的粗略,构造模型,流体模型,地层模型,资料“点”与网格“体”的关系,进行历史拟合基本原因,求解误差正确的应用可保证结果的“真实”。 模型误差模型描述的粗略。,数值模型,网格模型,油藏描述,实验测试,历史拟合,误差来源,截断误差、物质平衡误差,方向效应、数值弥散,地质研究不确定性,试验资料代表性、测试结果准确性,参数调整的合理性、非唯一性,三、如何理解数值模拟技术,一、数值模拟技术简介 二、数值模拟技术的方法原理 三、如何理解数值模拟技术 四、如何做好数值模拟应用 五、数值模拟技术发展趋势,提 纲,四、如何做好数

12、值模拟的应用,K. Aziz： 加强理解、提高认识！,了解你的问题并确定你的目标 使研究过程简单化 了解不同部位之间的相互作用 不要设想模型越大就越好 了解自身的局限并相信自己的判断 期望要合理 对历史拟合的数据调节提出疑问 不要消除极值 注意度量与使用换算 不要忽略必要的实验室工作,四、如何做好数值模拟的应用,问题：,地质特征？流体特征？动态特征？,剩余油分布？方案设计？机理分析？,目标：,要做到问题、目标的具体化、明细化！,所有原则的基础,要做到问题、目标的合理联系！,1、了解你的问题并确定你的目标,四、如何做好数值模拟的应用,调整参数的不确定性,水体传导能力,水体大小,油藏传导能力,相对

13、渗透率和毛管压力,油藏孔隙度和厚度,构造定义,岩石压缩系数,储层油气性质,流体界面,水的性质,不 确 定 性 降 低,四、如何做好数值模拟的应用,2、使研究过程简单化,研究的基本原则,油藏,目标,非常复杂目标体,非常繁杂研究过程,解决问题、减少成本,切忌自我把问题复杂化！,四、如何做好数值模拟的应用,3、了解不同部位之间的相互作用,层与层之间 块与块之间 油藏与油藏之间 流体与流体之间 油藏与流体之间,是否存在相互作用？ 怎样相互作用？ 相互作用的后果是什么？,做好研究的关键,驱动模式 连通性,四、如何做好数值模拟的应用,4、不要设想模型越大就越好,研究周期,计算机资源,数据状况,目标需求,更

14、大的网格规模，更多的组分划分并不意味着更高的准确性和可靠性！,提高工作效率、工作质量值得注意的原则,合理的匹配！,四、如何做好数值模拟的应用,5、了解自身的局限并相信自己的判断,能否完成任务目标的关键,局限,所有模型都是基于假设完成的（数据、方法、设计）！,所以你只能为实际问题提供近似的答案！,原因是同一现象可以来自不同的认识！,判断,不要为同一现象把参数调来调去！历史拟合过程不是一个“凑”结果的过程！,四、如何做好数值模拟的应用,6、期望要合理,模拟模型,实际油藏,模型没有考虑的问题就不可能期望在研究中得到答案！深入了解方法！,理解数值模拟技术内涵的关键,领导！ 研究人员！,四、如何做好数值

15、模拟的应用,7、对历史拟合的数据调节提出疑问,做好历史拟合必须遵循的准则,一个“好”的历史拟合如果数据调节不合理也会得到差的预测结果！,历史拟合过程不是一个唯一的过程！（艺术性）,不要追求历史拟合结果的完美！要追求地质与物理现象的合理性！,四、如何做好数值模拟的应用,8、不要消除极值,使问题得到反映的关键,渗透率,屏障作用：隔夹层、断层,通道作用：高渗透条带,合理保持模型中渗透率的极值！,四、如何做好数值模拟的应用,9、注意度量与使用转换,实现数据有理有据的使用,所有来源的数据都在一定程度上与模型要求数据存在差异！,四、如何做好数值模拟的应用,10、不要忽略必要的实验室工作,物模是数模的基础,

16、实验数据在数模模型中起着举足轻重的影响！,实验数据：相对渗透率曲线、毛管压力曲线、流体高压物性等。,一、数值模拟技术简介 二、数值模拟技术的方法原理 三、如何理解数值模拟技术 四、如何做好数值模拟应用 五、数值模拟技术发展趋势,提 纲,现代的油藏模拟器向着高性能、多功能集成、系统耦合模拟的方向发展。,五、数值模拟技术发展趋势,1 总体发展趋势,高性能： 模拟计算的高速度与稳定；结果分析交互性与友好性；辅助历史拟合；结果的不确定评价。,多功能集成： 地下与地面、建模与数模、不同驱替方式、不同油藏类型。,系统耦合： 不同功能的集成计算。,五、数值模拟技术发展趋势,2 主要技术发展趋势,传统的数值模

17、拟工作流不会有变化，将会继续被大量应用。但新的工作流将会出现而且逐渐被投入实际应用，那就是概率工作流，概率工作流将定量分析模型参数的不确定性，计算结果也将不会象传统工作流那样提供唯一结果，而会象天气预报一样提供得到某一结果的概率。,确定敏感参数,设计模拟方案,多历史拟合结果,选择最优方案,不确定性评估,五、数值模拟技术发展趋势,2 主要技术发展趋势,PEBI网格将越来越多的被采用，十年内将有30左右的数模模型将会采用PEBI网格。,1、规则网格，网格处理十分简单，计算精度高、效率高，但缺点是不够灵活。,2、结构化网格，网格处理比较简单，计算效率高，比较灵活，但缺点是计算精度稍差,3、非结构化网格，