水平井地质与油藏工程优化设计软件20用户手册.doc

水平井地质与油藏工程优化设计软件（HWCAD V2.0）用户手册北京阳光奥友科技有限公司二八年十目 录一 HWCAD性能概述1二 HWCAD软件安装2三 HWCAD界面简介8四 HWCAD功能特性174.1 三维模型文件解析格式及读取174.2 确定性地质建模214.3 三维模型显示274.4 水平段交互设计304.4.1平面设计304.4.2 剖面设计344.5 产能预测系统364.6 水平段优化功能384.7 经济效益评价40一 HWCAD性能概述HWCAD（水平井地质与油藏工程优化设计软件系统）是一款用于油田水平井地质与油藏工程优化设计的软件系统，由北京阳光奥友科技有限公司利用JAVA平台研发而成。利用HWCAD系统，用户可以：1. 显示三维地质数据（建模、数模成果数据），或者利用地质解释成果数据来快速构建自己的三维地质模型。2. 通过孔、渗、饱等属性数据的对比显示，直观有效地选择水平井目标区域。3. 通过层组显示、平面、剖面等技术，灵活设计水平段轨迹。4. 利用系统的参数采集功能，对水平井的产量进行预测。5. 利用系统的优化功能，可以对水平段的长度和水平段在储层中的位置进行优化。6. 利用系统的经济评价功能，可以对水平井方案进行内部收益率等经济指标的预测，进而优选水平井开发方案。HWCAD各个模块之间既有良好的数据交流能力，协同工作，又能不依赖其他模块，独立使用，给用户提供了充分的灵活性。42二 HWCAD软件安装在使用HWCAD所提供的功能之前，用户需要先运行HWCAD的安装程序，以便在用户机器上安装本地的HWCAD副本。同其它的Windows分发程序一样，HWCAD安装程序具有标准的安装界面，能指导用户逐步通过安装过程。(1)、操作系统与软硬件配置要求：操作系统：适用于所有支持Java 2 SDK 1.4和Java 3D 1.3.1的操作系统平台，推荐WindowsXP及以上版本软件环境： 安装Java 2 SDK 1.4和Java 3D 1.3.1，支持OpenGL电脑主频： P41.8G或更高硬 盘： 20G以上内 存： 1G以上显 存： 128Mb3D图形加速卡(2)、安装步骤如下： 激活安装文件的Install.exe文件，启动安装程序，安装系统弹出安装准备界面进行安装前的初始化工作，如下图2-1所示。图2-1 安装准备 安装系统初始化之后，将弹出如下图2-2所示的安装语言选择界面，默认为中文简体。图2-2 安装程序语言选择 选择完安装语言之后，点击“OK”按钮，将进入安装简介界面，如图2-3所示，用户可以参考界面给出的提示进行操作。点击“下一步”继续安装。图2-3 安装简介界面 安装位置选择。系统默认的安装位置在Windows系统程序文件夹，如果用户不满意，可以点击“选择”按钮进行更改，如图2-4所示。图2-4 选择程序安装位置 选择快捷方式方案。安装系统在安装完毕之后会在用户Windows系统中创建可执行程序的快捷方式，如图2-5所示，用户可以有项选择进行快捷方式的设置。图2-5 设置快捷方式 安装设置汇总。当所有安装设置完成后，安装系统将弹出如下图2-6所示的安装设定汇总摘要，用户可以检查安装设置是否正确，点击“安装”，系统将开始复制文件进行安装。图2-6 安装设置摘要 复制安装。系统开始复制文件，进行HWCAD系统的本地化安装，如图2-7所示。图2-7 安装HWCAD程序副本 在图2-7中，所有的操作将自动完成，之后，安装系统将弹出如图2-8所示的安装成功界面。点击“完成”按钮，退出本次安装程序。图2-8 安装完成 点击Windows“开始”菜单，可以找到如下图所示的HWCAD可执行文件的快捷方式。点击该快捷方式，可以启动HWCAD软件系统，对各项功能进行操作使用。图2-9 在“开始”菜单中的快捷方式HWCAD的安装过程遵循了标准Windows安装程序的设计步骤，能够帮助用户快速、顺利的进行安装操作。三 HWCAD界面简介HWCAD的操作界面简介而实用。下面将对主要的界面进行介绍，在第四节会结合HWCAD的功能实现讲解具体的操作和数据分析。1. 程序启动Flash界面。程序启动后，首先出现的就是HWCAD的Flash界面，如下图3-1所示，在此界面系统将完成初始化工作。图3-1 Flash界面2. HWCAD系统主界面。系统初始化完成后，将进入HWCAD系统的主界面，如下图3-2所示。在主界面的顶部是菜单栏和快捷按钮栏；左边是工区数据树栏，每次创建的新工区及其相关数据将存放在这里。图3-2 系统主界面3. “工区”菜单。主界面的文件菜单如下图3-3所示。图3-3 “文件”菜单点击“新建工区”，系统将重新初始化，并弹出新工区设置窗口，如图3-4所示。图3-4 新工区设置对新建工区，输入工区名称和工区保存位置，点击“确定”按钮返回主界面。如图3-5所示，系统将在工区数据树窗口创建新的工区节点，此时工区节点下只有一个TargetWells子节点，将用来保存将来创建的新水平井及其相关数据。图3-5 新创建的工区数据树 点击“激活工区”，用户可以激活界面上保存的工区，这是工区的字体就变成黑体，表明工区已激活。点击“打开工区”，用户可以打开已经保存的工区文件，如图3-6所示，请注意HWCAD所保存的工区将是一个文件夹，所以在选择工区文件的时候，只需要点中所需的文件夹即可，不必进入工区文件夹。图3-6 打开工区4. “建模”菜单。如下图3-7所示，“建模”菜单包含“新建”、“导入”两个子菜单。图3-7 “建模”菜单“新建”子菜单中还包括模型文件和网格化两部分，其中模型文件是用于导入建模数据的，数据导入软件之后，再选择网格化，对建好的地质模型进行网格化。 “导入”将主要用于导入地质建模及数值模拟已经建好的模型。5. “产能预测”菜单。如下图3-8所示，该项菜单包含对单井进行产能预测的所有子菜单。图3-8 “产能预测”菜单6. “设计”菜单。如下图3-9所示，该项菜单包含对单井进行设计优化设计及计算的所有子菜单。图3-9 “设计”菜单“平面设计”是用于设计水平井的平面位置；“剖面设计”将在垂向上对水平井的位置优化；“三维显示”用于显示地层构造、属性及井的三维方位的；“长度优化”菜单将对应单井启动水平段长度优化功能；“垂向优化”菜单将对应单井启动水平段垂向位置优化功能；“井网优化”可以利用用户参数对井网的排距、井距进行针对产量的优化计算。7. “生产动态预测”菜单。如下图3-10所示，该项菜单包含对单井进行产量递减预测计算的所有子菜单。图3-9 “产量”菜单 “产量”菜单将启动HWCAD内置的产量上下限递减预测、广义递减法、ARPS递减预测模块，利用经验方法进行单井产量递减预测。8. “经济效益评价”菜单。如下图3-11所示，启动该菜单将进入单井的经济效益评价界面。图3-11 经济效益评价菜单9. “帮助”菜单。该菜单项包含“关于”和“帮助”两个子项。图3-12 “帮助”菜单10. 快捷工具栏。快捷工具栏有四个按钮，第一个按钮同 “工区”菜单的“新建工区”子项所表示的意义一样；第二个按钮同“工区”菜单子项“激活工区”所表示的意义一样；第三个按钮同“工区”菜单的“打开工区”子项所表示的意义一样；第四个按钮同“工区”菜单子项“关闭工区”所表示的意义一样。第五个按钮同“工区”菜单子项“三维模型控制”所表示的意义一样。11. 工区数据树和三维模型窗口。如下图3-13所示，在工区数据树节点上可以激活各种操作，易于使用，用户可以结合软件操作加以体会，这里不做赘述。图3-13工区数据树和三维模型窗口12. 产能预测和优化窗口。如下图3-14所示，在产能预测窗口，可以从众多的预测模型中挑选合适的模型进行水平井产能预测，包括了6大类，32中产能公式。图3-14 产能预测和优化窗口13. 长度优化窗口。如下图3-15所示，HWCAD可以针对单井设定的参数进行水平段长度与产量关系计算，优选水平段长度。图3-15 水平段长度优化窗14. 垂向优化计算窗口。在这里可以针对存在边底水以及气顶的油藏进行垂向位置与产量关系的调整计算。图3-16 垂向优化计算窗口15. 经济评价窗口。如下图3-17所示，经济评价窗口分为两个面板，第一个面板负责输入评价参数，第二个面板负责结算结果的显示和保存。这里不做赘述。图3-17 经济评价窗口四 HWCAD功能特性HWCAD软件系统以三维地质模型为工作基础，集成了三维显示、水平段轨迹设计、水平井产量预测以及开发方案经济效益评价等功能。下面按操作流程，对各项功能的使用进行说明。4.1 三维模型文件解析格式及读取HWCAD以三维地质模型为基础。目前系统对两种流行的数模软件提供了接口，包括数模软件ECLIPSE、VIP等。所有模型文件的数据编码格式必须是ASCII码格式，且带有标准的文件头输出，主要是为了便于分析和读取，二进制BINARY格式的数据由于各软件公司的字段不一样，很难进行分析。下面分别对不同的软件所导出的数据格式进行说明： ECLIPSE数据格式HWCAD目前仅支持ECLIPSE拟合后的角点网格数据。ECLIPSE的数据格式有很多种，本系统只支持格式化的网格和属性数据，即文件名称的后缀第一个字母是“F”。HWCAD读取的典型ECLIPSE文件包括如下3个文件： XXX_E100.FEGRID网格文件：包含三维模型的网格数据、网格活动性等。 XXX_E100.FINIT初始化文件：包含网格对应的孔隙度和、渗透率等属性数据。 XXX_E100.F000N拟合步文件：这是拟合过程中某一个时间步所产生的拟合文件，包含该时间步网格所对应的油气水饱和度、井位等数据。 VIP数据格式VIP工区文件夹由几十个甚至上百个文件组成， 但是重要的文件信息都放在了i.dat头文件里。头文件将列出该模型的维度值、网格文件、网格属性文件，网格井文件信息。 例如: 表示了该模型的维度是: 32*20*2; 表示该模型的网格文件是lgr.cor。根据这些信息可快速查找到真正可用的数据文件。在HWCAD中新建一个工区，如图4-1所示；图 4-1 新建工区窗口点击确定按钮后，在软件的左边工区管理器数据树窗口将形成如下图4-2所示的工区管理器数据树。图 4-2 工区管理数据树窗口在初始状态下，工区名称下有一个“目标井”子节点，“目标井”节点下将显示用户设计的水平井。默认情况下，新建的工区处于“激活”状态，所有的工作都需要在该工区是激活状态时才可以操作。目前，HWCAD软件提供了两种数模数据接口，分别是导入VIP模型和导入Eclipse模型，可以通过点击主界面的右边工具条中的（VIP按钮）或者（Eclipse按钮），也可以通过菜单来导入，如图4-3所示，图4-3 导入已知模型菜单项首先看一下导入VIP模型，在菜单上或者右边的工具栏上选择“导入VIP模型文件”菜单，弹出如图4-4所示的模型导入窗口，详细的说明请参考图上的注释。输入新建项目名称选择静态（孔隙度、渗透率）模型数据所在的文件夹路径。数模成果数据输入区选择单拟合时间步数据所在的文件路径4-4 模型导入窗口模型文件和路径指定之后，点击“确定”，系统将分析数据，构建三维地质图形以供显示，在左边的工区树节点下将形成一个新的模型节点，同时显示一个三维地质模型体，如下图4-5所示。图4-5 打开三维视图菜单4.2 确定性地质建模HWCAD进行确定建模的数据以Discovery输出的网格数据体为基础，围绕这些数据主要的建模思路如下：1) 建模数据准备，参见后续的数据格式说明；2) 以构造数据形成二维构造图；3) 用井位坐标数据在构造图上标出井位；4) 用户圈选目标建模区域；5) 利用网格属性数据，如孔、渗、饱、有效厚度等对三维网格赋值；6) 导入相渗数据，以供产能计算使用；7) 软件系统形成三维图形，供水平井设计使用。数据准备好后，打开HWCAD软件，新建一个工区，在主界面的右边工具栏点击（确定性建模按钮），将弹出模型创建窗口，如图4-6所示。图4-6 确定性建模窗口HWCAD建模所需数据类型包括：l 孔隙度数据l 渗透率数据l 饱和度数据l 储层构造数据l 砂体厚度数据l 有效厚度数据l 井位坐标数据l 相渗数据如下图4-7所示，除相渗和井位坐标数据以Excel表格形式提供以外，其他数据都以Discovery输出的Grid格式为准，所有数据都是排列成3列，第一列、第二列为坐标，第三列为属性值，请参见图4-8到图4-11的数据实例。图4-8 数据示例图4-9构造数据格式图4-10孔隙度数据格式图4-11 渗透率数据格式HWCAD所需要的井位坐标数据必须手动整理成如下图4-12所示的数据格式。井位坐标的第一列是井名，第二列、第三列是坐标值。图4-12井位坐标数据HWCAD所需要的相渗数据必须整理成如图4-13所示的数据格式。相渗数据的第一列是含水饱和度，第二列是水的相对渗透率，第三列是油的相对渗透率。在HWCAD软件计算中，不对油气水三相共存的流体产量进行计算，所以这里不会考虑包含气体饱和度。图4-13 相渗数据格式当属性值为渗透率时，会出现一个渗透率比例设定框，因为通常给出的渗透率是平均渗透率K，而在三维地质模型中需要确定Kx,Ky,Kz，在软件中默认为Kx=Ky,而垂向渗透率Kz则按比例设定框中的数据进行计算得到，一般取Kz=0.1Kx。 当数据设定完毕后，点击“确定”，在工区管理器树节点上将添加一个新的模型控制图标，如下图4-14所示。打开构造图4-14 没有三维成图的建模节点点击“打开构造图”菜单，系统将出现顶层构造图。如下图4-15所示。在该图上可以选择三维模型区域。图4-15 选择三维模型区域确定三维模型区域后，点击“确定”，系统将针对三维模型区域进行成图运算。计算完成后，将自动弹出如下图4-16所示的三维模型窗口。至此，确定性建模已经完成，三维模型同通过导入的第三方三维地质体一样，可以供水平井设计使用。图4-16 三维成图效果4.3 三维模型显示当三维数据导入到系统中之后，可以点击主界面右边工具栏的快捷按钮，可以打开相应的三维视图区以供使用。三维视图控制窗口显示如下图4-18所示。图4-18 三维视图控制窗口在三维视图区可以利用鼠标配合键盘进行三维调整，如按住shift+鼠标右键，可以平移三维视图，Alt+鼠标左键缩放视图，而按住鼠标右键可以旋转视图。利用图4-18中的模型控制面板，可以对模型进一步控制，如： 拖动“深度延伸”刻度条，可以在垂向上拉伸缩放模型厚度； 拖动“深度参考面”刻度条可以将底部的参考平面上下移动； 点击“网格属性“下拉框，可以选择视图中所填充的属性，如Permx（水平X方向渗透率），Porosity（孔隙度）等，下拉框中的属性依据所读取的三维属性数据内容而定，即如果没有提供某类属性数据，如渗透率，则该下拉框中就没有渗透率选项； 点击“显示试图框“，将在三维模型的外围显示一个矩形立方体，标注海拔深度值，如下图4-19所示。图4-19 选择“显示视图框“后的效果 点选“显示已知井“，可以控制视图中的已有井的隐藏和显示。 “视图区控制“部分的MinI,MaxI等拖动框，以I/J/K方向的网格数和层数为刻度，拖动可以裁剪控制网格区域或者层的可见范围，如上图的视图经过调整后，可以之显示部分区域的视图，如下图4-20所示。图4-20 裁剪后的视图区4.4 水平段交互设计由于计算机屏幕是二维平面，将地质模型三维数据体可视化后，只能显示从某个角度观察到的地质模型的视图，为了将图形中某个点转换成代表实际位置的数据（大地坐标、深度），设计水平井段的轨迹时采用了两类图形：一是平面等值线图，在平面图上确定水平井段在平面的轨迹位置，即水平井段在平面上的投影；二是垂直剖面图，以平面轨迹作为剖切线对地质模型进行剖切，显示垂直剖面图，在垂直剖面图上人机交互设计水平段各靶点的位置。4.4.1平面设计根据构造高低、厚度大小以及孔、渗、饱等属性条件，在平面图上设计水平井段轨迹。平面设计的主界面如图4-21所示：图4-21 平面设计主界面在平面设计中，可以：1、 创建、编辑、保存切线如图4-22所示：图4-22 创建编辑切线图在左侧的井信息列表显示靶点信息，如图4-23所示：图4-23 靶点图2、 可以放大、缩小、重置等值线图的大小通过点击上面的按钮来控制等值线图的大小。放大后如图4-24所示：图4-24 放大后的等值线图3、 点击按钮可以在图上随便圈选一个区域计算该区域的面积，如图4-25所示： 图4-25 所选图形的面积4、 点击按钮可以计算一条线的长度，如图4-26所示： 图4-26 直线长度5、 点击可以显示或隐藏已知井6、 点击可以显示或隐藏网格7、 可以显示不同的小层并将不同的属性叠加显示，如图4-27所示：图4-27 属性列表图4-28 不同属性叠加图4.4.2 剖面设计用平面设计优化好的轨迹作为剖切线，显示垂直剖面图。人机交互地确定每个靶点在剖面上的位置。由剖切线数据和靶点在剖面图上的位置，能够计算出每个靶点的实际位置（大地坐标、深度）。剖面设计的主界面如图4-29所示：图4-29 剖面设计主界面在剖面设计中，可以： 1、创建水平井 点击按钮，弹出如图4-30所示对话框，输入井名，点确定按钮，然后在剖面上点击鼠标画水平段，如图4-31所示。图 4-30 请输入井名对话框图4-31 设计的水平段2、编辑水平段点击按钮来编辑水平段，可以根据设计时的靶点来调整水平段的位置，如图4-31的水平段我们可以调整为图4-32所示的位置，图4-32 调整后的水平段3、保存水平井点击按钮，保存已经设计好的水平井。保存成功后，在主界面的对应工区的目标井节点下生成一个刚保存的井的节点，如图4-33所示，saf就是刚保存的井，接下来就可以对该井进行产能预测等操作。图4-33 保存后的井4、水平井段轨迹加载点击按钮，从文件读取水平井段的数据后，将水平段轨迹加载到地质模型中，对加载后的水平井段的操作与在模型中设计的水平井段的操作完全一致。5、输出数模所需要的数据点击按钮，将刚设计的水平井输出成数模软件所能识别的格式，在数模软件中重新拟合。6、导出参数点击按钮，输出excel格式的水平段地质参数设计和轨迹参数设计表，如图4-34所示。图4-34 水平段地质参数设计和轨迹参数设计表8、 按层或属性显示可以根据地质层面或者属性列表来显示剖面，如图4-35所示。图4-35 第二层、含油饱和度剖面图 9、保存后的水平段在三维视图中显示设计的水平段 图4-36设计水平段窗口4.5 产能预测系统HWCAD产能预测系统包含了常规水平井产能模型、针对不同油藏类型的产能模型、针对不同气藏类型的产能模型、针对完井方式的产能模型、针对不同井型的产能模型以及针对井网的产能模型等6大类，34种产能模型。可以参考技术手册对模型特性的说明，有针对性的选择产能预测模型。启动HWCAD的产能预测模型有两种主要方式： 在图4-24中的水平段设计面板设定水平段，将水平井进行保存后，即可以点击“产能预测“按钮进入产能预测窗口。 当新设计的水平段保存后，它会被添加到工区数据树的“TargetWells“节点下。在该“井”节点上右键弹出菜单，选择其中的“产能预测”菜单，即可进入产能预测窗口，如下图4-25所示。在设定水平段的起止点之后，系统会自动收集水平段所穿过区域的属性值，如渗透率Kx,Ky,Kz。这些参数会自动填充到产能预测的参数表中，如图4-24所示。当然这些参数在参数表中还可以手动修改。在进行产能预测之前，需要确定所选用的公式类型。用户应该根据对目标区域的地质构造等特性的了解情况，来选择一种最合适的产能预测模型。当选择的模型不同，所需的计算参数也不同。有些参数是无法由系统自动收集的，如原油粘度、体积系数等，这些就需要用户根据区块油藏特性手动输入。当所有参数设定后，点击图4-25中的“计算”按钮，即可以进行产能预测，计算结果将表示在产量文本框中。点击“保存”按钮，将计算参数和计算结果进行保存，下次打开针对该井的产能预测时，系统将自动读取这些参数。图4-25 产能预测窗口4.6 水平段优化功能HWCAD提供了对水平段的优化功能，主要表现两个方面。一个是对水平段长度的优化，一个是对水平段在储层中的垂向位置所做的优化，即考虑水平段距离层底的高度对产能和临界产量的影响。相关的技术理论请参考技术手册。只有进行了产量预测后，才能对水平段进行优化。因为水平段优化的部分相关参数需用通过产量计算得到。针对水平段长度的优化如图4-26所示。首先需要考虑水平段摩阻模型，该模型共有四个选项，即无限井长层流模型，无限井长紊流模型，有限井长层流模型，有限井长紊流模型。由于目前还缺乏一个兼容层流和紊流的综合模型，如何选择模型，要依据水平段的长度和产量预测大小来定。无限井长与有限井长的理论差别在于零流入点的假设。所谓的零流入点指沿水平段的趾端到根端，储层向井筒的流入是不均匀的分布，越靠近根端，流入越大，越靠近趾端，流入越小，当靠近趾端的流入量为0时，即为0流入点。零流入点之后的储层将不会向水平段产生有效的流入。无限井长假设零流入点在无穷远处；有限井长假设零流入点在水平段的趾端。当产量较低时，应该选择无限井长模型；当产量很高时，应该选择有限井长模型，特别是井筒较短时，因为根端的流入量太大，较易堵塞趾端，很容易在趾端形成零流入。国内陆上油田的水平井产量往往低于100M3/d，可以判断其流态都属于层流状态，具体的流态判断可以结合雷诺数关系式进行。图4-26 水平段优化功能进行水平段优化时，可以结合两种方式同时进行优化，这样可以界定水平段长度的优化范围。针对水平段在储层中的垂向位置优化，即距离层底的距离，如图4-27所示。图4-27 垂向位置优