毕业设计（论文）水驱机理数值模拟理论基础研究

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

2、油油藏受到的影响大。 关键词：eclipse; 数值模拟；水驱；黑油模型 abstract as 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

3、practice operating 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 to

4、tal can improve 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

5、of water drive 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 ef

6、ficiency of the 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

7、 reservoir in the same quantity. key words: eclipse; numerical simulation; water flooding; black oil model i 目 录 第 1 章章 概述概述.1 1.1 本文研究的目的和意义 .1 1.2 国内外油藏数值模拟发展概况 .1 1.3 油藏数值模拟技术现状 .3 1.4 本文研究的主要内容及成果 .5 第第 2 章章 水驱机理数值模拟研究水驱机理数值模拟研究.6 2.1 数值模拟基本原理 .6 2.2 两相渗流基本微分方程及差分方程 .9 2.3 模拟过程概述 .11 第第 3 章章 ecl

8、ipse 数值模拟软件研究数值模拟软件研究 .13 3.1 office的主要模块.13 3.2 office模块的操作过程.13 第第 4 章章 水驱效果的影响因素数值模拟研究水驱效果的影响因素数值模拟研究.22 4.1 注入速度对水驱效果的影响 .22 4.2 相渗平移对水驱效果的影响 .32 4.3 水相渗曲线的变形对水驱效果的影响 .33 4.4 油藏润湿性对采收率的影响.34 结结 论论.35 致致 谢谢.36 1 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

9、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 eclip

10、se 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

11、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 2 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 buckl

12、y 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、

13、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

14、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

15、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，

16、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。 3 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、 互相作用的关系和物理化学变化，如吸附、流变学、离子

17、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，也研制出了自己的

18、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

19、油藏数值模拟技术现状 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 4 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

20、，以满足网格节 点不断增多的油藏数值模型。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

21、一体化的实现 90 年代后 western atlas、cmg、geoquest 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

22、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 5 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

23、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, 通过离散空间中的网格块反映油藏的地质特征和动态情况10。 传统的常规矩形网格系统目前仍较为普遍地应用, 但在某些情况下, 它对于顺应 精细化油藏描述的发展, 更准确地反映油藏的构造特征、储层特征和动态现象, 尚存在一定的局限性11。为此, 针对不同类型的问题, 发展了不同的网格技术, 形 成了精确化网格技术系列。如局部网格加密、杂交网格、非规则多变形网格、角 点技术、非邻近网格连结等技术。 （3）数值求解方法：油藏模拟数值求解的基本过程包括三部分: 模型的离散 化; 离散模型的线性化; 线性

24、系统的求解。数值求解方法的研究也紧密围绕上述 三部分内容展开, 为达到数值求解精度高、速度快、稳定性强的目的, 三方面均 有深入研究并有很大的发展。 1.4 本文研究的主要内容及成果 本文针对 eclipse 油藏数值模拟软件进行了理论研究学习与实践操作，通 过学习，学会创建相关实例，管理和控制模拟运行，分析模拟结果，和创建模拟 结果报告。并应用此软件模拟黑油模型以来研究水驱效果产生影响的主要因素。 本文回顾了数值模拟在油藏方面的发展历史，并在此基础上阐明了目前油藏数值 模拟的技术现状。 水驱效果影响因素的研究成果表明当累积注水量一定，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

25、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；而含水率的变化与水的相对渗透率曲线的斜率成正比；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。 6 第 2 章 水驱机理数值模拟研究 2.1 数值模拟基本原理 以渗流力学为基础建立数值模型，即通过一组方程组，在一定的假设条件下， 考虑油藏构造形态、断层位置、砂体分布、储层孔渗饱等参数的变化；流体高压 物性变化；不同岩石类型；不同渗流驱替特征曲线（相渗

26、） ；井筒垂直管流等描 述油藏真实的物理过程。主要包括：运动方程、状态方程和连续方程。 2.1.1 运动方程 （1）达西定律 考虑重力作用下单相流达西定律： dgp k v （2-1） 考虑重力作用下多相流达西定律： dg p k k v o o o ro o （2-2） dg p k k v w w w rw w （2-3） dg p k k v g g g rg g （2-4） 式中 w、o、g-水、油、气相的下标； -渗流速度矢量v k-绝对渗透率 -相对渗透率 r k -相对密度 -粘度 -密度 7 z-垂向坐标 p-压力 相压力之间联系用毛管压力体现。 油水毛管压力： （2-5） w

27、ocw ppp 油气毛管压力： （2-6） ogcg ppp 相对渗透率和毛管压力是饱和度的函数，可写为： )( wrwrw skk )( grgrg skk )( ororo skk )( wcwcw skp （2-7）)( gcgcg skp 、和均可由油水和油气两相流动实验数据取得，惟有需要 rw k rg k cw p cg p ro k 应用 stone 公式计算： （2- )()( )( )()()()( srgwrw wirrow grggrogrwwrow ro sksk sk sksksksk k 8） 式中 -束缚水饱和度； wir s -油水两相时油相相对渗透率； row

28、 k -油气两相时油相相对渗透率。 rog k （2）相中组分 油、气、水三种组分在三相中的存在关系可用表 2-1 表示 表 2-1 不同组分在各相中的部分密度 组 分水 相油 相气 相 水组分 w 8 油组分o o 气组分g o g -油组分在油相中的密度，简称油密度； o o -气组分在油相中的密度，简称溶解气密度。 g o 油相密度与部分密度的关系： o g o o oo （3）产量项 井点产量项可用以下公式表示： )(zzpp k piq bhwbh w wrw w )(zzpp k piq bhobh o o oro o o )(zzpp k piq bhobh o g oro g

29、o （2-9） )(zzpp k piq bhgbh g grg g c e zk pi ln 2 （2-yx e 2 . 0 10） 式中-井基准面深度上的井底压力， bh p bh z 、-网络节点 x、y、z 方向步长。xyz 2.1.2 连续性方程 研究流入流出单元体中质量的变化方程。根据物质平衡原理，流入单元体中 的流体流量减去流出单元体流体流量等于单元体流体质量变化。 9 油 （2-11） t s a x va oooxo 水 （2- t s a x va wwwxw 12） 将达西定律代入连续性方程得出油、水的流动方程： 油 )()( b s t aq x d g x p b k

30、 ak xo o voo o o o ro （2- 13） 水 )()( b s t aq x d g x p b k ak xw w vww w w w rw （2- 14） 其中 osc w vw osc o vo q q q q,分别代表地面条件下单位体积油藏岩石中注入或采出油 和水的体积流量。 2.1.3 状态方程 为求解上述两个方程中的两个未知数 p、sw，引入状态方程： 1s s wo （2- 15） pppwocow （2-16） 解上述方程通过把微分方程离散化变代数形式来求解。 2.2 两相渗流基本微分方程及差分方程 两相渗流基本微分方程： t s qp k k x o o o

31、o o ro )( )( （2- 17） t s q p k k x w w w w w rw w )( )( （2-18） 10 pppwoc （2-19） 1s s wo （2-20） 差分方程： 油相： p t v q t ss vptpt p t v ttttptpt n joi n joi ji joi n n joi n joi o jijoioyjjoioxi joi n joi ji oyjoyjoxioxijoioxijoioyj , , , , , 1 , ,1, 2 1 , 1 2 1 , , , 2 1 2 1 2 1 2 1 , 1 2 1 1, 2 1 )( （2-

32、 21） 式中 xx hy t ii oxi j oxi 1 2 1 2 1 2 xx hy t ii oxi j oxi 1 2 1 2 1 2 yy h x t jj oyji oyj 1 2 1 2 1 2 yy h x t jj oyji oyj 1 2 1 2 1 2 hy x qq hy xv j i ojoi j iji , , 水相： p t v q t ss vptpt p t v ttttptpt n jwi n jwi ji jwi n n jwi n jwi w jijwiwyjjwiwxi jwi n jwi ji wyjwyjwxiwxijwiwxijwiwyj ,

33、 , , , , 1 , ,1, 2 1 , 1 2 1 , , , 2 1 2 1 2 1 2 1 , 1 2 1 1, 2 1 )( （2- 22） 式中 xx hy t ii wxi j wxi 1 2 1 2 1 2 xx hy t ii wxi j wxi 1 2 1 2 1 2 yy h x t jj wyji wyj 1 2 1 2 1 2 11 yy h x t jj wyji wyj 1 2 1 2 1 2 hy x qq j i wjwi , 2.3 模拟过程概述 2.3.1 定义油藏网格 模拟网格是利用地质构造图和储层厚度或三维物性模型建立的。网格信息也 包括井位置和完井

34、情况。 在geoquest模拟过程中，可采用由cps-3创建的地图或grid和模拟网格程序包 （如：grid或flogrid）等来实现该目的。在使用flogrid时也可用property3d来建 立模型，并建立模拟网格。eclipse office能建立矩形和角点网格。 2.3.2 油藏描述 网格定义过后，应将流体和岩石的物性赋给每个网格。而渗透率和孔隙度通 常是从测井和岩心分析中得到的，有时采用地质统计来估计井间的物性值。岩石 物性如孔隙度和渗透率，有效网格，和别的区域定义可通过geoquest产品（如： grid,flogrid,flogeo和scal）来赋值。 除岩石物性之外，油藏描述还

35、必须包括模型中每种流体的物性。对于黑油模 型，它由各种流体物性（如油，水，气等）的表（用表表示物性参数的压力函数） 所组成。组分模型按照状态方程或气液平衡值来描述流体物性（描述在任一温度 和压力下的液体和气体物性）。黑油物性可用pvti或在eclipse office中建立相 关式来确定，组分和热力模型的pvt可用pvti来建立。 除pvt数据外，还必须定义岩石和流体相互作用系数（如：相对渗透率和毛 管压力），它们为一定流体的饱和度的函数。其数据来自实验室的特殊岩心分析 （scal），而在没有实验室数据时常采用相关式。 油藏初始压力和流体的饱和度数据来自测井资料和不稳定试井。饱和度分布 通常通

36、过定义流体接触面来模拟（如：goc，woc，wgc）并允许利用毛管压 力数据来求解油藏条件。在这种情况下，可把饱和度分布图用作qc工具。 pvt，scal和初始数据可在利用grid,flogrid,scal的模拟网格中应用到。 eclipse office也提供了一种简单的方法来给模拟网格赋值。 垂向流动动态（vfp）表一般用于定义井底压力到井口压力的关系，这些关 于井底压力和井口压力的表利用到了流量，流体物性和组分，以及套管和油管特 征。vfp表通过井口或别的非井底压力（模拟过程中）来控制油井。我们可以利 12 用eclipse office提供的关键字编辑器手工输入或vfpi来创建。 在该

37、步中还要求提供布井位置，生产情况，事件和时步数据等。另外，与时 间相关的数据在eclipse office中还可以手工输入。 2.3.3 选择模拟模型 接下来的步骤是选择恰当模拟模型。模型可按经典分为黑油模型或组分模型。 使用那一种模型主要取决于模拟过程所包含的流体类型和他们的物性。例如：对 于较高的湿气，凝析气，以及挥发油，黑油模型通常不会给出精确的结果。 另一个重要的因素是油藏的裂缝和井，如：天然裂缝和水力压裂裂缝，井的 类型（如：垂直井，水平井，斜井等），另外还要考虑一些特殊的情况的模拟(如： 热采过程、eor过程、流线模拟等)。 geoquest提供的模型有：黑油、组分、热采以及流线模

38、型等，并且完全兼容 在eclipse office中。 2.3.4 求解压力和饱和度值历史拟合 油藏模拟器是用于计算流体饱和度和网格压力随时间的变化。若已知生产情 况，调整模拟以使井的产量或注入量以及模拟预测的压力与油田的实际数据大慨 一致。这是一个反复迭代的过程，称为“历史拟合”。历史拟合过程通常涉及改变 模拟中可信度最低值（如：孔隙度、渗透率、相对渗透率等）和将模拟预测的结 果与已知的产量和压力值进行比较。虽然现代模拟器如simopt通过鉴定那些会对 结果产生重大影响的参数来加快确定解与不同油藏和流体参数的敏感性，但经验 和实验仍常用在这一过程中。 2.3.5 预测和优化将来的产量 一旦模

39、拟的模型被调整好，则可添加将来的井和适当的约束条件并且运行模 型直到油藏枯竭。这可能是当前操作的简单延续或采取提高采收率的措施（如： 钻加密井或采用不同的驱替和保持地层压力的措施）。通常从众多的开发方案中 选出“最好”的方案来继续开发油藏。 eclipse office也提供了建立和分析优化油藏开发方案的工具。 13 第 3 章 eclipse 数值模拟软件研究 3.1 office 的主要模块 eclipse office包含五个主要的模块：case manager, data manager, run manager, result viewer和report generator. （1）

40、data manager data manager使用户可以使用所有的模拟器和基本部分 flogrid，schedule，scal和pvti的关键字。 （2） case manager case manager主要保持运行和图形显示间的关系。 （3）run manager run manager提供了启动、监视和控制模型运行的环境。run可在单机或基于 服务器上运行。使用run manager可以监视曲线和解显示的进程，如果是不要求 的结果，那么终止运行。 （4） result viewer result viewer显示二维或三维的模拟结果。也可以显示解的结果和取代graf来 显示曲线图形。

41、来自多个运行的结果也可以同时显示以达到比较的目的。 （5） report generator report generator用于创建来自总结文件或prt文件的相关信息的报告 3.2 office 模块的操作过程 14 利用数值模拟软件来进行计算研究时，首先要做的就是在被研究的油藏上 “切下”需要研究的部分，建立地质模型，取出其中的一部分井组作为研究的对象， 将地质模型分割为一定数量的网格，根据软件的要求给出相关的资料。 office 模块可作为一个完整的模拟环境，对于前期地质模型的建立和网格的 设计，诸如网格数量、所处深度、尺寸、位置、坐标等资料的确定，可通过其它 软件（如 geoquest

42、 模拟软件）设定。 3.2.1 数据资料准备 1.打开新文件 2.模型的定义 3.grid 部分网格参数的输入 4.pvt 部分流体的定义 5.scal 部分饱和度的定义 6.初始化部分对模型进行初始化 7.region 部分数模区域资料 8.schedule 部分有关井的资料 9.summary 部分定义模型需要输出的关键字 3.2.2 data manager 界面 15 图 3-1 data manager 主界面 图 3-2 pvt 属性定义 图 3-3 相对渗透率曲线定义 16 3.2.3 模拟过程的运行 在 office 的界面上点击 run manager，选用 submit/r

43、uns 命令或直接点击， 运行模拟过程，并通过 log 窗口监测运行过程，获得有关模拟的信息。 选择 monitor/summary vectors 将所选的输出参数展示在坐标图上，为每一个 报告时间步生成一个图表，利用 lineplot/field/production rate 可展示模拟得到的 油、气、水的产率曲线，运行完成之后退出此界面。 图 3-4 run manager 主界面 17 图 3-5 run manager 运行计算界面 3.2.4 log widow 界面 图 3-6 log 窗口界面 3.2.5 result viewer 界面 18 图 3-7 模拟得到的油、水、

44、气产液速度对比曲线 3.2.6 报告和结果的生成 1、模拟的报告 在 office 界面下点击 report，选择 file/open current case/prt.打开模拟过 程的 prt 文件，在 report 的下拉菜单中选择 errors，添加到列表生成报告（如果 运行过程是成功的，则在 report generator module 界面下的 errors 显示为灰白 色） ，点击 output 得到报告的具体内容。 如果运行过程是成功的，在 report 的下拉菜单中选择 prt reports，在 reports 选项中选择要输出的时间段，在 keyword 选项中选择要输出

45、的关键词，添 加到列表，得到一个可利用的报告在这里，操作者可根据自己的需要，点击界面 下部的 write 按钮，将所生成的报告以文件的形式输出来。如图 3-8 所示 19 图 3-8 模拟结果报告 2、模拟的结果 选择 office 界面下的 result 选项，在菜单 file 中选择 open current case/summar 打开无格式的报告，进入 extract/load summary vectors 界面，选 中界面顶部的 read all summary vectors 和 read all reports 选项，点击 load 按 钮。在 result viewer mo

46、dule 界面下选择 lineplot/field/production rate 就可看到 油、气、水的参数关系图。通过 lineplot 下拉菜单的 user或直接点击来选择需 要输出的参数，使它们互相结合在同一坐标系中，形成关系曲线 。 20 图 3-9 输出的参数曲线 图 3-10 模拟结果的二维视图 21 图 3-11 模拟结果的三维视图 22 第 4 章 水驱效果的影响因素数值模拟研究 4.1 注入速度对水驱效果的影响 4.1.1 一次水驱 三个相似的岩心柱饱含重油和束缚水。接着每个岩心柱分别以特定驱注入速 度 20 ml /h、10 ml /h、1 ml /h 进行水驱 。这相当

47、于前缘速度分别为 0.21 m/d，0.42 m/d,0.02 m/d 。这些岩心柱的性质是显示在表 1,采收率曲线如图 4-1 所 示。 表 4-1 一次氺驱的有关参数和采收率 ow (ml/h) l （cm） pv (cm3) （fraction） k (d) sw (%) ooip （cm3） rot (%ooip) rafterbt (%ooip) 2017.2071.750.3662.7610.3364.348.1916.49 1016.9568.700.3562.7910.6161.4112.3921.06 117.5571.010.3552.7910.3463.679.6325.

48、33 图 4-1 不同注入速度的采收率 图 4-2 含油饱和度的变化 在早期开采的速度是很高注入量少于 1 孔隙体积(pv)时，这个时间对应的 见水前阶段。注入水通过低阻力孔道，使得在水驱的早期就见水。图 4-1 显示在 见水后很多的油后仍可采出。为了比较在一个相同的注入体积，三个以不同的速 度注水的岩心的采收率，表 4-1 中见水后采收率值是注水量外推到 5 个孔隙体积 (pv)时的。 23 表 4-1 列出了三个实验见水前和见水后的采收率。在第一个孔隙体积的水注 入时，岩心内形成了很高的压力梯度，在注入速度最大时，压力梯度也达到最大。 然而，仍然没有足够的证据显示注入速度和在见水后时的采收

49、率的关系。见水时 的采收率是确定的，因为采收率的因素在采液曲线开始下降。在统计这些数据存 在着系统误差，特别是在注入速度很低时曲线是很平缓，就更容易出现。即使存 在这种不确定的因素，也能证实粘滞即使有 10 倍强也不能对见水后的采收率产 生影响。像水驱前缘的不稳定性和粘性“指进”等因素抵消了将较高的粘滞力的改 良的效果，总的来说，见水后的油的采收率很低。 从图 4-1 可以得出一个更重要的结论：在见水后的采收率和减少注入速度有 明显的关系。三个岩心在水驱中压降都很小，说明在见水后的采收率 不是由于 粘滞力的作用。而是在较低的注入速度下，此时粘滞力虽对采收率有点贡献但毛 管力的作用更加的明显，毛

50、管力起到的了提高采收率的主要作用。如果在见水前 采收率不能有效的提高，那么特别是在一次采油后的二次注水开发中，见水后的 采收率就是需要考虑的最重要的参数了。在图 4-1 中见水后最佳的采收率是可以 通过低速的注水来实现的。 必须强调的是在这三个岩心的水驱中，在见水后的采收率的提高主要是在含 水率大于 90%时。即使是在毛管力很大时，大部分的水相仅仅是通过水相连续的 吼道。所以见水后的采收率很低，这就要求在现场油田中要处理好、利用好水驱 用的水。一个很重要的检测项目是含水率（或者是归一化的产油量）在很慢的注 水速度下对注入速度不敏感。这就更进一步证明，毛管力可以对提高水驱的效率。 可以推测，吸渗

51、作用的影响可以用来解释产量的变化，但是需要更进一步证 实见水后的产量的提高的确是由于吸渗作用引起的。为了进一步证实这种假设,在 水驱的过程需要记录 ct 图像资料。图 4-2 的描绘了在快速注水和低速注水时， 油的饱和度随着岩心柱的长度的变化而变化的情况。液体的饱和度的主要通过 ct 图像的密度来体现的。随着水驱替油，水相的密度是增大的。在相同的位置 拍摄的 ct 图像（在相同的孔隙度下），水相的密度增大是和那个位置油相的饱 和度的减小直接相关的。图 4-2 的 y 轴其中分别表示，原始含油饱和度和即时的 油相饱和度。油相的饱和度发生越大的变化说明有越多的油被驱替出。 在高速的注水条件下，有更

52、多的入口端的油被驱出。（因为图中的 在这 个区域更大的）。在见水前，由于水相的注入故油相不能很快的流出。随着岩心 中压力的上升，水相在入口端处聚集，所以油相在这个区域的变化较其他区域更 大。在高速注水的条件下，水在岩心中很快形成“指进”，见水后的水相就从这些 低阻的孔道通过。采收率在这些区域就会比较的低。 24 相反，在低注入速度的整条曲线上，原油的驱替较为稳定、均一。这个过程 比较重要的是：在见水后，水减少从那些低阻的水道通过而从先前绕过的孔道通 过。这样，波及的范围就会较大，整体的采收率也会比较的高。 高速和低速注水的横截面的 ct 图像显现的含水饱和度是不同的（图 4-3）。 高速和低速

53、注水的含水饱和度分别在图 4-3 的左部分和右部分。对于每个岩心， 一组的图像显示的是岩心不同位置的情况，注入端在左侧，产出端在右侧。每排 代表不同的时间，所以随着水驱的进行，输出的图像就代表水驱前缘的位置。第 一排的图像是在束缚水时获得的，最后一排的图像是在水驱完成时获得的。 图 4-3 ct 图像显现的含水饱和度 在高注入速度的水驱过程中，高含水地区（图中黑色）在第三个时间段发展 成为整个岩心这就是水的“指进”导致很快见水。这些低阻力带的周围是一小 块一小块的中度的含水饱和度（图中是明亮的），最外面的是饱含油的部分（图 中是灰色）。随着水驱进行，水的饱和度在水低阻力带的周围的一小部分增加。

54、 在高速的注水下，见水后的采收率的提高主要靠驱替水低阻力带孔道周围的原油 被驱替走或剥落下来。 在低速注入水的情况下，含水饱和度在整个岩心都是较为均一的增加。必须 指出的是：水驱开始后仍然很快就见水了，说明这不是简单因为粘滞力下降。由 ct 图像可以看出，是因为即使在见水后（粘性“指进”理论就不再适用了）整个岩 心的含水饱和度上升十分缓慢。中度的含水饱和度分布在岩心的所有部位，接着 是高含水饱和度分布在岩心的大部分区域。正因如此，在岩心的全部部位都是高 含水饱和度（图 4-2）。随着毛管力作用的增加，水就可以驱替可动的原油形成 整体较好的驱替效率。 4.1.2 二次水驱 低注入速度可以形成在整

55、个岩心有较好的驱替效果，这点可以从脱气原油的 注水动态看出。不过在见水前，粘滞力在产量中也有些作用（表 4-1 所示）。因 25 为有少量的气体在一次水驱中起脱出，所以在二次水驱中见水前的采收率要更低 些。所以，实验要研究的是相同的驱油理论能否适用二次水驱。 用前面所述的方法准备两个大岩心（标记为 a,b）。但是用气原油而不是脱 气原油驱替水相直到束缚水饱和度。在二次水驱之前这些岩心已经经过一次采油 了。这些岩心的性质和一次采油的采收率在表 4-2 中。为了比较在同样条件下的 一次采油和二次采油，在同样尺寸的岩心 c 中进行一次水驱，只是岩心饱含的是 脱气原油（和表 4-1、岩心 a、b 的含

56、有饱和度一样）。岩心 c 的性质在表 4-2 中。 表 4-2 气原油替水相直到束缚水饱和度 sandpackabc length(cm)115118115 diameter(cm)8,898,898,89 pore volume(cm3)2,5922,6802,477 porosity(fraction)0,3630,3660,348 permeability(d)3.03.83.9 swf(fraction)0.0890.0860.081 ooip(cm3)2,3602,4512.277 solution gor11.612.4na live oil viscosity4,2453,759

57、na depletion rate2.42.4na primary recovery20.427.0na 利用文献中的方程可以计算出在一次采油结束时的含气饱和度。这个方法类 似于分析水驱脱气原油系统：在束缚水一定的条件下，同一截面内随着含气饱和 度的增加及含水的饱和度的下降，密度也随之下降。图 4-4 的曲线是含气饱和度 和在不同时间下整段岩心 a 的关系。其中长度=100 是表示岩心的生产段端。 值得一提的是，自由气最先是在整个岩心段。这意味着在整个岩心段都有脱 气现象，这也在以前很多关于液体研究被测出。在更长的岩心中，气体只有在靠 近生产端时才从原油中脱离出来。这个不规则的含气饱和度曲线可

58、能是由在岩心 中连续的扫描的微小的不同或者是岩心的非均质性引起的。但是总的来说，有个 很明显的趋势：含气饱和度在岩心的生产端增大（也就是更好的产量）。这个饱 和梯度在更长的岩心就更明显。在一次采油结束时，整个岩心段自由气的含量在 0.18-0.30。 26 图 4-4 含气饱和度和在不同时间下整段岩心 a 的关系 在岩心 b 中也有相同的结果，整个岩心段自由气的含量在 0.18-0.30。可以得 出的结论是：在两个岩心中自由气体很多，在整个岩心中含气饱和度分布不是很 均匀。如果在储层的规模上，注水井比生产井多，那情况将和上述的脱气原油的 情况类似。在图 4-4 中整个岩心段都是高含气饱和度是代

59、表一种“最糟糕的情形” 或是一种生产井和注水井之间有低阻的渗流孔道例如条虫状气孔。水相开始驱替 这些饱含油和大量天然气的孔隙。 水相以固定的速度注入（前面的是速度是 0.011m/d）。从图 4-5 可以看出， 压力恢复到大约 70kpa，然后见水后下降。岩心 c 在一次采油中，压力恢复到 220kpa 时见水。从表 4-2 可知这些岩心的孔隙度和渗透率，以及在水驱开始时的 油粘度都很相近。不同 的是在见水前的最大压力，表明在岩心中饱含有粘稠的 油相，注入水将自动选择最低阻力的孔道（也就泄油的途径）通过，这主要取决 于岩石的润湿性。气体比油相的易流动以及一些气泡聚集成串，这些区域的具有 就高的

60、流度比。 图 4-5 水驱开始时的油粘度 27 在二次水驱是压力首先是升高的，意味着在整个岩心段的含气饱和度虽然很 高但是气相不是连续相。但是，一次水驱和二次水驱的重大不同点是见水时并没 有伴随着产量的提高。所以，尽管气相不是连续相，较高的含气饱和度导致液相 重新分布及只产水不产油。在这种情况下，在见水后，油是在很高的含水率下产 出的。 表 4-3 岩心 a 和 b 的注入量和产液量 ab pore volume2,5922,680 oil produce during prinary depletion 481.10661.34 difference between injected254.