油藏?cái)?shù)值模擬基礎(chǔ)

數(shù)值模擬研究的主要工作程序?qū)σ粋€(gè)油氣藏進(jìn)行綜合的數(shù)模研究，往往需要花較大的精力和較長(zhǎng)時(shí)間（有時(shí)會(huì)達(dá)一年甚至更長(zhǎng)的時(shí)間），同時(shí)還對(duì)計(jì)算機(jī)硬件和技術(shù)人員有很高的要求，然而盡管在不同的項(xiàng)目中，面對(duì)的問題會(huì)千差萬(wàn)別，但大多數(shù)油藏?cái)?shù)值模擬的基本研究過(guò)程是一樣的。為了使讀者一開始就對(duì)數(shù)模研究工作有一個(gè)明確的整體概念，下面簡(jiǎn)要地介紹一下油藏?cái)?shù)值模擬的主要工作程序。

問題的定義：開展油藏?cái)?shù)模工作的第一步，是確定研究的目標(biāo)和范圍。即首先要給本次數(shù)模研究一個(gè)明確的定位，明確本次模擬要解決的主要問題是什么，需要研究哪些油藏動(dòng)態(tài)特性，這些項(xiàng)目的完成對(duì)油藏的經(jīng)營(yíng)管理者會(huì)產(chǎn)生什么影響等等。從而根據(jù)項(xiàng)目的要求進(jìn)行數(shù)值模擬研究程序設(shè)計(jì)，并收集有關(guān)的油藏基礎(chǔ)地質(zhì)、流體及生產(chǎn)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)。

油藏?cái)?shù)值模擬方法是迄今為止定量地描述在非均質(zhì)地層中多相流體流動(dòng)規(guī)律的惟一方法。例如許多常規(guī)方法要假定油層為圓形的均勻介質(zhì)，如油藏幾何形狀稍復(fù)雜一些，且為非均質(zhì)介質(zhì)，則求解非常困難，甚至無(wú)法求解。而對(duì)油氣藏?cái)?shù)值模擬而言，計(jì)算形態(tài)復(fù)雜的非均質(zhì)油藏和計(jì)算簡(jiǎn)單形態(tài)的均質(zhì)油藏工作量幾乎是一樣的。因此油藏?cái)?shù)值模擬可解決其它方法不能解決的問題。對(duì)于其它方法能解決的問題，用數(shù)值模擬方法可以更快、更省、更方便、更可靠地解決，并增加其它分析方法的可信度。

一個(gè)油氣藏，在現(xiàn)實(shí)中只能開發(fā)一次。但應(yīng)用油藏?cái)?shù)值模擬，可以很容易地重復(fù)計(jì)算不同開發(fā)方式的開發(fā)過(guò)程，因此人們可以從中選出最好的開發(fā)方法。

因此，對(duì)油藏工程師而言，數(shù)值模擬給動(dòng)態(tài)分析提供了一種快速、精確的綜合性方法；對(duì)管理者而言，數(shù)值模擬提供了不同開采計(jì)劃的比較結(jié)果；對(duì)尚無(wú)經(jīng)驗(yàn)的工程師而言，數(shù)值模擬則是有效的培訓(xùn)工具。

這是油藏模擬中的一項(xiàng)極其重要的工作。因?yàn)橐粋€(gè)油藏模型被建立起來(lái)以后，它是否完全反映油氣藏實(shí)際，并未經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)。只有利用將生產(chǎn)和注入的歷史數(shù)據(jù)輸入模型并運(yùn)行模擬器，再將計(jì)算的結(jié)果與油氣藏的實(shí)際動(dòng)態(tài)相比，才能確定模型中采用的油氣藏描述是否是有效的。若計(jì)算獲得的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)與油藏實(shí)際動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)差別甚遠(yuǎn)，我們就必須不斷地調(diào)整輸入模型的基本數(shù)據(jù)，直到由模擬器計(jì)算得到的動(dòng)態(tài)與油藏生產(chǎn)的實(shí)際動(dòng)態(tài)達(dá)到滿意的擬合為止。由于歷史擬合調(diào)整參數(shù)的目的是為了把真實(shí)油藏的描述搞得盡可能精確，所以，它是油藏模擬中不能缺少的重要步驟。

模擬使用的模型，顯然應(yīng)當(dāng)與實(shí)際油藏是相似的。若描述油藏的數(shù)值模擬所采用的數(shù)據(jù)與控制油藏動(dòng)態(tài)的實(shí)際數(shù)據(jù)存在明顯差異，則將導(dǎo)致模擬結(jié)果出現(xiàn)嚴(yán)重失真。遺憾的是，在未經(jīng)試驗(yàn)以前，我們對(duì)模型的準(zhǔn)確程度，以及應(yīng)該修改哪些參數(shù)才能保證它與實(shí)際油藏相似，知之甚少。在這種情況下，最有效，也是最經(jīng)常采用的一種驗(yàn)證方法，就是模擬油藏過(guò)去的動(dòng)態(tài)，并將模擬計(jì)算結(jié)果與油藏的過(guò)去實(shí)際動(dòng)態(tài)作對(duì)比，這就是歷史擬合工作。歷史擬合能幫助我們發(fā)現(xiàn)和修改油藏描述數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤，以使模型更加完善，并驗(yàn)證油藏描述的可靠性。如果修正后的模型模擬計(jì)算動(dòng)態(tài)與油藏過(guò)去的歷史動(dòng)態(tài)能達(dá)到一致，且油藏描述又是合理的，那么，應(yīng)當(dāng)說(shuō)，歷史擬合本身就是一種有效的油藏描述方法。

歷史擬合的目的就是依據(jù)測(cè)量的產(chǎn)量和壓力數(shù)據(jù)為準(zhǔn), 盡可能正確地再現(xiàn)油田的生產(chǎn)歷史。這種檢查應(yīng)該在油田和井的基礎(chǔ)上進(jìn)行。

擬合的參數(shù)包括靜壓力、含水率、氣油比。而產(chǎn)量是作為歷史數(shù)據(jù)直接輸入模型的。以下將簡(jiǎn)要討論一些要進(jìn)行歷史擬合的主要參數(shù)。

1 .壓力

幾乎所有的油藏都有靜態(tài)井底壓力數(shù)據(jù)( SBHP) , 這些數(shù)據(jù)必須與模型輸出的結(jié)果相比較, 但應(yīng)該記住, 實(shí)測(cè)壓力與直接計(jì)算出的壓力是不一致的, 因?yàn)檫@兩種數(shù)據(jù)代表油藏中不同部分的數(shù)據(jù)(分別為井泄流半徑和網(wǎng)格塊內(nèi)的數(shù)據(jù)) 。大多數(shù)模擬軟件允許對(duì)計(jì)算值進(jìn)行一些修正以便與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比。

如有可能, 應(yīng)建立某一參照深度的壓力分布圖并與油井的靜壓等壓圖比較, 來(lái)檢查油田全區(qū)壓力分布情況。這一比較是有用的, 可以得到一個(gè)全油田范圍內(nèi)壓力分布狀況和壓力梯度變化, 而這從單井分析是很難得到的。除了井底靜壓力, 其他一些壓力數(shù)據(jù)也可用來(lái)檢查模型對(duì)壓力的模擬效果。比如: 油管頭靜壓和流壓(ST HP 和FT HP)。這些測(cè)量數(shù)據(jù)有數(shù)量大的優(yōu)勢(shì), 但較難進(jìn)行處理, 因?yàn)樘幚磉@類數(shù)據(jù)需要具備完井過(guò)程中流體靜態(tài)和動(dòng)態(tài)壓力變化規(guī)律的知識(shí)。

2 .產(chǎn)水?dāng)?shù)據(jù)

模型中模擬的產(chǎn)水情況應(yīng)再現(xiàn)油田的實(shí)際觀察值, 包括見水時(shí)間及含水率變化情況。應(yīng)該一口井一口井來(lái)檢查, 但最好繪制出含水飽和度圖并與水進(jìn)狀況圖相比較。通過(guò)比較可以得到全區(qū)驅(qū)替過(guò)程的情況, 而且可以幫助找到關(guān)鍵井( 通常為靠近水進(jìn)前緣的井) , 而對(duì)于關(guān)鍵井要找出合適的擬合。為了平衡開采和流體的注人, 還要檢查和調(diào)整整個(gè)油田的含水剖面。

3 .產(chǎn)氣數(shù)據(jù)

當(dāng)壓力降到泡點(diǎn)以下, 能否正確再現(xiàn)產(chǎn)氣曲線對(duì)任何油藏模型都是關(guān)鍵的一點(diǎn)。由于其壓縮性大, 產(chǎn)氣量很大程度上控制著油藏能量。

如果預(yù)測(cè)與實(shí)際生產(chǎn)曲線有偏差, 就說(shuō)明pVt 的描述也許有問題, 或者是相對(duì)滲透率曲線有問題, 再次要強(qiáng)調(diào)的是所有結(jié)果應(yīng)一口井一口井地檢查, 而且也應(yīng)進(jìn)行全區(qū)的檢查。如果存在主要?dú)忭敽痛我獨(dú)忭? 并且在研究的前面階段已經(jīng)確定了氣頂?shù)奈恢? 這時(shí)就要與氣飽和度圖進(jìn)行對(duì)比。如果兩種圖件一致, 這就能保證分離過(guò)程能在模型中正確地再現(xiàn)。

并沒有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的歷史擬合程序, 每個(gè)油田都是不同的。如地質(zhì)結(jié)構(gòu)、油藏機(jī)理、井?dāng)?shù)、生產(chǎn)歷史、開發(fā)方案等。因此, 每個(gè)研究都只能用自己的解決程序解決自己的問題。但一些步驟或多或少可適用于大多數(shù)的模擬研究。

模擬過(guò)程中的第一步是確立需要調(diào)整的關(guān)鍵參數(shù)和關(guān)鍵井。

所謂關(guān)鍵參數(shù)就是那些具有很大不確定性并對(duì)最終結(jié)果影響大的那些參數(shù)。確定關(guān)鍵參數(shù)一般關(guān)系到油藏中主要的能量機(jī)理。在水驅(qū)油藏中, 典型的關(guān)鍵參數(shù)有水層的導(dǎo)水性和儲(chǔ)水量, 但對(duì)溶解氣驅(qū)油藏, 典型的關(guān)鍵參數(shù)則是氣油相對(duì)滲透率。

另一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)當(dāng)然是滲透率, 滲透率對(duì)所有油藏都是重要的。關(guān)鍵井就是油田中生產(chǎn)狀況典型的井, 其生產(chǎn)曲線在模型中必須準(zhǔn)確再現(xiàn)。在井比較少的情況下, 比如少于20 口井, 實(shí)際上所有井都應(yīng)被當(dāng)作關(guān)鍵井而且都應(yīng)在模型中再現(xiàn)它們的生產(chǎn)情況。如果井?dāng)?shù)眾多, 如老油田, 歷史擬合所有井實(shí)際上不太可能, 而且最終結(jié)果也不一定更準(zhǔn)確。

確定關(guān)鍵井要依據(jù)幾個(gè)因素, 生產(chǎn)歷史長(zhǎng)并且有典型的含水率及氣油比變化趨勢(shì), 有較完整的測(cè)井系列、取心及壓力數(shù)據(jù), 井位也應(yīng)是油田具有代表性的位置。另外, 正在生產(chǎn)的井應(yīng)被當(dāng)作關(guān)鍵井。

確定關(guān)鍵井和關(guān)鍵參數(shù)可以使工程師進(jìn)行歷史擬合的工作容易一些。下面是擬合壓力歷史, 然后進(jìn)行飽和度歷史擬合。

(1 ) 壓力擬合。這一階段包括油藏整體能量平衡的調(diào)整。圖1( Saleri , et al ., 1988)是一個(gè)簡(jiǎn)單的壓力擬合方案。首先應(yīng)建立的壓力分布和油藏中的壓力梯度, 然后再進(jìn)行單井?dāng)M合。為了提高壓力擬合效果, 滲透率是最主要的要調(diào)整的變量。

(2 ) 飽和度擬合。這一步驟中, 對(duì)油藏流體分布進(jìn)行擬合, 依據(jù)見水( 氣)的時(shí)間以及見水(氣) 后相關(guān)的生產(chǎn)剖面的變化。

首先要從調(diào)整全區(qū)油田的生產(chǎn)狀況開始, 然后集中在關(guān)鍵井的表現(xiàn)。滲透率是控制水淹時(shí)間的重要參數(shù), 水淹后的產(chǎn)水及油氣比主要受相對(duì)滲透率曲線控制。油藏歷史擬合常是儲(chǔ)量研究中最耗時(shí)的部分, 有時(shí)是讓人灰心喪氣的。實(shí)際上不可能有完美的擬合, 因此油藏工程師在做結(jié)論時(shí), 常要判斷歷史擬合的結(jié)果是否令人滿意。