组分模型进阶2

1、组分模型的有关说明及应用 我一直在考虑怎么样写组分模型数值模拟入门指南。组分模拟要涉及到状态方程 （EOS）,闪蒸计算，热动力方程等理论方面的知识。在实际做组分模拟时，你并不需要完全掌握这些知识，但你至少应该有一定了解。我在后面会做一点简单 的介绍，但希望大家自己化些时间去学这部分知识。我写的还是以应用为主（这 部分内容可能是国内出版的数模书籍中最缺乏的），大家需要参考其他组分模拟 理论方面的书籍。做组分模拟前应该有很好的黑油模拟的基础。你应该先把黑油模拟做好以后再开 始做组分模拟。在我写的过程中，我也假定你已经很好地掌握了黑油模型。涉及 到黑油方面的内容时我不会做重复介绍。如果你有疑问，可以

2、参照我以前写的黑 油模拟入门指南。关于组分模拟，大家首先会有下面一些疑问。为什么要做组分模拟？在什么情况 下需要做组分模拟？组分模拟与黑油模拟有什么区别？组分模拟结果是不是一 定比黑油模拟好？组分模拟用多少组分比较好？我先试着回答一下这些基本问 题，然后我再介绍具体如何做组分模拟。我们都知道，地下的流体的组成实际上是非常复杂的，可能含有成百上千的组分。 地下流体以油或气相的形式存在。对于大多数油藏，我们基本上可以把地下流体 分为两个组分，及油组分和气组分。油组分以油相的形式存在，气组分以气相的 形式存在。两个组分会发生物质交换，及气组分会溶解到油相，油组分也会从气 相挥发（油和气都不会溶解于水

3、）。这两个组分之间的物质交换可以用溶解油气 比和（或）挥发气油比来表示。溶解油气比和挥发气油比都只是压力的函数。地 下油气相的密度可以通过地面油气相的密度，溶解油气比以及体积系数来计算。 油气相的体积系数也只是压力的函数。同样地下油气相的粘度也是压力的函数。 这就是我们所熟悉的黑油模型。对于大多数油藏，采用这样的处理方式计算结果 是有保证的。但并不是所有油藏都可以这样处理。比如凝析气藏，气藏温度很靠 近临界温度，在开发过程中有许多独特的特性。在井底附近，压力低于露点压力， 油相（重组分）析出而且饱和度大于临界含油饱和度，这时会发生油气两相流动。 在远离井底附近，可能压力也低于露点压力，但含油饱

4、和度低于临界含油饱和度， 这时只有气相发生流动。在气藏中没有油相的析出，只是纯气相流动。所以在井 底会有三个流动带，每个流动带的特性都不同。我们需要用到组分模型计算每个 流动带的组分变化，是哪些组分从气相析出，析出的组分含量，这样我们可以计 算出各个组分在油相和气相中的含量，从而得到油气相的饱和度，密度，粘度等 属性。这样你的油气属性不像黑油模型那样只是压力的函数，在组分模型中它们 同时也是组分的函数.我在后面会专门用一个章节介绍如何模拟凝析气藏，包括 非达西流动，相渗曲线随流速的变化，井底附近拟压力处理等等。另一种需要用到组分模型的情况是注气驱。对于黑油模型，任何注入气都没有区 别。但实际上

5、，不同的注入气，驱替效率不同。如果是混相驱，不同的注入气最 小混相压力也不同。我们必须知道注入气的组成，才能更好的模拟驱替过程。其他一些需要用到组分模型的情形有挥发油藏的模拟，组分分布变化显著的油气 藏模拟，地层温度差别显著的油气藏以及机理性研究等。全球估计至少百分比七十以上的数值模拟模型都是黑油模型，组分模型不多。一 个制约组分模型应用的主要原因是计算时间。组分模型比黑油模型计算要慢很 多。组分模型每一个时间步都要进行闪蒸计算，这部分计算可能占整个计算量的 一半时间。组分越多，闪蒸计算所需要的时间越多。多一个组分，组分模型总计 算时间可能会多出三倍。通常组分模型大都选用6到8个组分，不会更多

6、。1、认识组分模型的输出结果我之所以一开始就介绍对组分模型的输出结果的认识是因为我认为这是非常重 要的一部分。比如说你建的是组分模型，你在做历史拟合，拟合油田产油量，产 气量。首先你就应该知道模型计算的产油量，产气量与你实际测量的产油量，产 气量是不是同一种情形。模型计算输出的每口井产量都是针对分离器的产量。比如你有三级分离器，模型 输出的产油量是最后一级分离器时的产油量。模型计算输出的产气量是每一级分 离器分离的气量都折算到标准条件下的气量之和。折算过程是用理想状态方程：Psep*Vsep/Tsep = Pstd*Vstd/Tstdsep：分离器；std：标态；P：压力；V：体积2； T：温

7、度有时候你可能要拟合湿气的产量。模型计算输出的湿气产量是井口碳氢产量用理 想状态方程折算到标态下的产量。你可以理解为分离器之前的碳氢产量。1摩尔 理想气体在标态下占的体积为379.48立方英尺，那么湿气产量就应该等于井的摩 尔产量乘以379.48。你最好先找一个你使用的软件安装自带的组分模型，然后运行该模型，输出计算 的油，气产量，湿气产量，摩尔产量，每级分离器的油气产量，然后自己于工算 一下它们的关系。然后你可以尝试改变分离器条件（你需要定井底压力生产）， 你会发现你的油气产量发生了变化，但湿气产量并没有发生变化。2建立组分模型需要输入的参数组分模型输入参数大多数与黑油模型一样。1：模型网格

8、改造：完全一样2：模型网格属性：完全一样3：相渗曲线：完全一样2. 4：毛管压力：完全一样2. 5：岩石压缩：完全一样2. 6：分区设置：基本一样。但组分模型还可以设EOS分区。不同EOS分区可以赋不同的EOS参数。如果 油田同时开采多套流体属性不同的油气藏，你可能需要进行EOS分区。不同EOS 分区要求有相同的组分，比如如果一个EOS分区用了 N2, CO2, C1, C2, C3, C456, C7+,那么另一套EOS也应该用这几个组分，只不过对不同分区，它们的摩尔组 成不同，EOS参数也可能不同。如果你要采用多个EOS分区，你最好将EOS分区和平衡区设为一致。否则的化 你的模型可能不会稳

9、定。因为在组分模型中，你的油，气相的密度，饱和度等都 是由EOS状态方程计算的，在进行初始化计算时，模型不光要保证压力，饱和 度平衡，同时要保证热动力平衡（这部分在后面的模型初始化部分会详细介绍）。 你的EOS分区如果与平衡区不一致，很可能会导致流体初始不平衡。2. 7：流体参数：这是黑油模型和组分模型数据输入差别最大的地方。黑油模 型输入的是油，气的体积系数，粘度与压力的关系，油气比与压力的关系，这些 关系都是以表的形式输入，软件在计算时直接查这些表，以及做相应的内插和外 插值。但不做其他计算。组分模型完全不同，组分模型输入的是EOS状态方程 参数。这些参数包括各个组分的命名，临界温度，临界

10、压力，临界Z因子，分 子量，偏心因子，OMEGAA,OMEGAB,参考密度，参考温度，二元相关系数， 体积偏移等。同时需要输入所应用的状态方程，油藏温度，组分的组成或组分组 成随深度的变化。如果粘度计算采用LBC相关式，那么还需要输入LBC系数。 如果模拟混相驱的化，需要输入等张比容来计算油气相界面张力。油气的地面密 度不需要输入，只需要输入水的地面密度，EOS状态方程会计算油气相的地面 密度。如果地面EOS状态方程参数与地下不同，那么可以输入地面条件下的EOS状态 方程参数。模型在做地面分离器计算时，会应用地面条件下的EOS状态方程。2. 8：初始化设置：黑油模型和组分模型输入参数很相近，但

11、软件初始化计算 方法有所不同，我在后面会详细介绍组分模型的初始化计算方法。在这部分还需 要定义油田分离器条件。软件应用油田分离器条件计算地面储量。2. 9：生产控制部分：对于组分模型，对每口生产井或井组，需要定义生产井 或井组对应的分离器条件。软件应用地面分离器条件计算井的地面油气产量。如 果注气的化，不光需要指定注入量控制，还需要指定注入气的组分。如果是气回 注的化，只需要指定回注哪个井或井组的气，气的组分会自动计算。如果有些气 是用于出售或燃料，那么在计算回注量前，模型会先扣除这些气量。3准备PVT数据我们上面说过，做组分模拟通常选用6个到8个组分就可以了。那么应该选哪些组分？下面是建议的

12、工作流程：3. 1：用你的PVT处理软件先辟分加组分（C7+或C12+等）。2：辟分完后拟合饱和压力，拟合相图，拟合实验室结果。3：组分合并。将辟分后的加组分合并为2到3个组分，保留C1为独立组分， 将中间组分（C2,C3,C4,C5,C6 ）合并为两个组分。对于非烃类组分，可以合并到 烃类组分或设为独立组分。4：重新拟合实验室数据3. 5： 输出EOS参数。最好选用三参数状态方程，两参数状态方程不能准确预测液体密度。粘度计算最 好选用Pedersen方法，此方法比LBC方法精确。4 PVT实验拟合PVT实验拟合时，掌握EOS状态方程是基础。EOS状态方程有多种类型，比如 二参数PR状态方程，

13、三参数PR3状态方程，二参数SRK状态方程，三参数SRK 状态方程，RK,ZJ,SW状态方程等。不同的状态方程有时候计算出来的结果差别 可能很大，这其中最常用的是三参数PR3状态方程。对于纯组分（C1,C2,C3,iC4,nC4,iC5,nC5,C6）而言，随着组分摩尔分子量的增加， 组分的临界温度，沸点，临界体积，偏心因子，液体密度都是增加的，而临界压 力和临界Z因子随组分摩尔分子量的增加是减小的。如果在你拟合以后这种单 调性发生了变化，那你的拟合肯定有问题。另外流体取样有井底取样和井口取样，在做井底取样时要保证样品在饱和压力以 上。井口取样通常是实验室根据生产油气比将井口的油样和气样在实验

14、室生成代 表油藏条件的样品。当然你不可能影响取样，但你应该知道你拿到PVT实验报 告的取样流程。如果取样有问题，样品根本不能代表油藏流体，那你的拟合就白 费力了。通常对不同的流体类型采用不同的PVT实验。比如对黑油通常进行差异分离实 验（DL）,等组分膨胀实验（CCE），对凝析气采用等容衰竭实验（CVD）和等组分膨 胀实验(CCE)。另外还可能进行分离器实验，如果注气的化会进行一次接触混 相实验，多次接触混相实验。你需要知道每个实验是怎么做的，最重要的是你需 要知道你拿到的实验室报告结果中各相参数是如何定义的。比如你拿到的CCE 实验中报告中的液体饱和度是用的液体体积除以饱和压力下的液体体积还

15、是除 以目前条件下的总体积。在你把你的实验结果输入到你采用的PVT分析软件中 时你要检查它们用的定义是否一致。你的PVT拟合实际上就是用你的PVT软件，调整EOS状态方程参数，使你的 PVT软件用EOS计算的结果与你的实验室测量结果匹配，然后把拟合好的EOS 输出给组分模型用于组分模拟的EOS和闪蒸计算。在你做PVT拟合时，你需要 首先对你拿到的实验结果进行质量检查，不合格的样品和有问题的实验数据根本 没必要费时间，你做也是白做，这样的数据用于模拟带来的问题更多。然后在拟 合时你应该知道应该调整那个参数，如何调整各个参数，各个参数是如何影响结 果的。最后是EOS的输出。下面介绍PVT拟合的步骤

16、：1： PVT实验报告的质量检查.确认取样压力在饱和压力以上，样品可以代表油藏流体。.报告中所有组分摩尔百分数之和为100。.组分物质平衡检查。对CVD实验，绘组分K值图，组分的Log(K)与压力。 组分的K值图应该是单调变化的，组分K值线不会交叉，顺序为 N2,C1,CO2,C2,C3,iC4,nC4,iC5,nC5,C6 .Cn+.绘Hoffman-Crump-Hocott图，Kp与F因子，所有组分应该在一条直线上。.检查实验结果的变化趋势是否正确。比如在CVD或CCE实验中液体密度随压 力的降低应该增加。.检查你的实验报告中各项实验结果的定义与你的软件是否一致。.CCE,CVD,DL实验

17、应该在油藏体积，分离器实验应该在地面条件。4 . 2：选用哪个EOS状态方程软件通常提供许多EOS状态方程，你至少应该选用三参数状态方程。常用的是 三参数PR状态方程4 . 3：给实验结果设权值你拿到的实验结果数据很多，你可能不能将所有实验结果都拟合好，你应该知道 哪些是你必须拟合好的。饱和压力应该是最重要的，饱和压力对你的数模计算影 响是最大的，你应该给饱和压力一个很大的权值，比如5000，以便EOS能首先 拟合好饱和压力。对凝析气藏，CVD实验中的液体析出量是非常重要的，如果 你不能拟合好实验，你很可能在数模时拟合不上生产油气比。同样你需要给CVD 实验中的液体析出量大的权值。分离器实验也

18、很重要，你也需要设大的权值，比 如1000。分离器实验直接与你的产量有关。对一些结果不可靠的实验，你可以设 很小的权值，比如0.5.4：在拟合时调整哪个组分的属性通常你拿到的实验室报告组分会做到C7+或C12+,也有做到C22+甚至更多组分 的时候。在你拟合实验结果时，你要知道有些组分属性是不能调整的，比如纯组 分 C1, C2, C3, IC4, NC4, IC5, NC5,C6 以及 H2O, H2S, N2, CO2, CO 的临界压力， 临界温度和偏心因子等这些应该不会变化，在你拟合时不要调整这些参数。重组 分(C7.C8.C9.)的临界属性不确定，你可以调整。你拿到的实验室报告中最不 确定的应该是加组分的属性(C7+,C12+等)，加组分是大于此组分的无数组分的 混合体，通常实验室会给出加组分的摩尔分子量和指定重度，属性来自于计算， 不确定。因而对加组分属性的调整是PVT拟合的首选。