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1、-1-,2006年4月13日,李建芳,油藏数值模拟原理,-2-,主要内容,一、绪论油藏数值模拟研究的目的油藏数值模拟的基本过程油藏数值模拟技术发展回顾二、黑油模型简介黑油模型的基本假设单相渗流黑油模型基本微分方程三维三相黑油模型基本微分方程初边值条件网格系统黑油模型的差分方程差分方程的线性化线性代数方程组的求解黑油模型数据流,-3-,主要内容,三、化学驱数值模拟介绍化学驱发展概况、技术进展和发展前景复合化学驱驱油机理和物化现象数学模型及模拟软件化学驱模型与黑油模型的比较主要物化现象及物化参数描述四、模型运算中应注意的事项五、黑油模型油藏数值模拟软件BO1.0软件演示,-4-,2006年4月13
2、日,李建芳,油藏数值模拟原理,绪论,-5-,绪论,1.油藏数值模拟研究的目的2.油藏数值模拟的基本过程3.油藏数值模拟技术发展回顾,-6-,绪论,油藏模拟方法,物理模拟,数学模拟,物理模型,相似模型,单元模型,油藏数值模拟器,-7-,1.油藏数值模拟研究目的,油藏数值模拟是利用数学模型通过数值计算的方法模拟油气田开发过程中油气水及注入剂的渗流规律的技术。其作用主要有以下四方面:1.研究新探明储量（油田）开发的可行性方案、开发方案 实施方案的可行性评价 选择开发层系、井网、井数和井位 选择注水方式对油藏及流体作敏感性分析,-8-,1.油藏数值模拟研究目的,2.已开发老油田的(调整)方案 证明地质
3、储量 通过历史拟合确定油藏和流体特性、产量及生产周期 指出问题及剩余油的分布规律 通过动态预测评价各种可能的提高采收率方法、给出调整方案并给出各种调整方案的指标对比3.新工艺、新技术应用的矿场先导性试验效果4.机理研究,-9-,Reservoir Simulation I,Mimics the behavior of a real system through a model(physical,analog,electrical or numerical)based on realistic assumptionsSimulation can be close to reality but i
4、t is never the reality(should approach reality with time)An essential tool for reservoir development and management,Time,Virtual,Real,-10-,2、数值模拟的基本过程(研制人员),油藏数值模拟研究包括以下四个基本过程：1.建立数学模型即描述地下油、气、水及注入剂渗流规律的一组偏微分方程。按油气性质分有黑油模型、组分模型、热采模型、混相驱模型、化学驱模型等；按油藏类型分有砂岩油田模型、裂缝性模型、气田模型、凝析气田模型、复杂断块模型等；按求解维数可以是1维模型、2
5、维模型和3维模型；按相数分可以是单相、两相、三相和多组分模型。其中油气性质最简单的是黑油模型。,-11-,2、数值模拟研究的基本过程(研制人员),2.数值模型对偏微分方程离散化、线性化以及线性代数方程组的求解。3.计算机模型将数值模型编成适合计算机求解的程序。4.图形工作站模型用人机交互界面控制计算过程，并以图形方式显示输入输出结果。,-12-,2、数值模拟研究的基本过程(应用人员),数据的采集、分析与整理建立三维地质模型（构造、储层及其物性参数）建立数值模拟模型历史拟合与预测 方案的优选与决策,-13-,Reservoir Simulation II,Simulation model mus
6、t contain geological properties essential for flow calculationsFluids in the reservoir are described by a small number of pseudo componentsFluid models are used to predict changes in phase properties and phase splits with pressure and temperature(black oil or compositional)Boundary and well conditio
7、ns are specifiedMass balance equations are written and solved over at discrete nodes and at discrete time steps,-14-,Simulation must guard against bad data in,pretty pictures outQuestions?,-15-,数值模拟的周期,地质模型,分析优化与决策,数据采集 分析与整理,历史拟合与预测,数值模拟,地质 工程,-16-,吐哈丘陵油田三间房组顶面构造图,-17-,Giant Field,水饱和度随时间的变化,-18-,S
8、tages in Technology Development,Development Phase(1950-1990)Irruption and Frenzy(Gilded Age)Exploration and Exuberance 1953年布鲁斯、皮斯曼用程序数值计算方法 1960sCoats等人气、水两相及三相黑油 80年代技术基本成熟，有各种模型，如：黑油模型、天然裂缝模型、组分模型、热采模型，甚至化学驱模型 大量的快速算法涌现Turning Point(1990-1995)Will Technology Deliver?前后处理技术，应用得到发展Deployment Phase(
9、1995-now)Emphasis on Use of TechnologySynergy(Golden Age)and Maturity,RS,-19-,3.油藏数值模拟技术发展回顾,关键技术上游权全隐式差分离散化技术(Newton-Raphson 迭代)隐式井底压力先进的解法技术,如预处理共轭梯度类解法前后处理及可视化技术,-20-,2006年4月13日,李建芳,油藏数值模拟原理,黑油模型,-21-,黑油模型简介,黑油模型是指油质较重性质的油藏类型。黑油模型是最完善、最成熟，也是应用最为广泛的模型。是油藏数值模拟的基础，其它模型大都是黑油模型的扩展。目的：软件这样一个“黑箱”是如何操作的，
10、以便指导我们更好地去应用软件。,-22-,黑油模型简介,黑油模型的基本假设单相渗流黑油模型基本微分方程三维三相黑油模型基本微分方程初边值条件5.网格系统6.黑油模型的差分方程7.差分方程的线性化8.线性代数方程组的求解9.黑油模型的主要数据流,-23-,1、黑油模型基本假设,（1）油藏中的渗流是等温渗流。（2）油藏中最多只有油、气、水三相，每一相均遵守达西定律。（3）油藏烃类只含有油、气两个组分。在油藏状态下，油气两组分可能形成油气两相，油组分完全存在于油相内，气组分则可以以自由气的方式存在于气相中，也可以以溶解气的方式存在于油相中，所以地层内油相为油组分和气组分的某种组合。在常规油田中，一般
11、不考虑油组分向气组分挥发的现象。（4）油藏中气体的溶解和逸出是瞬间完成的，即认为油藏中油气两相瞬时达到相平衡状态。（5）油水之间不互溶；天然气也假定不溶于水。,-24-,2.单相渗流基本微分方程,单相渗流黑油模型基本微分方程黑油模型基本微分方程主要是由达西公式(达西定律)和连续性方程(物质守恒定律)所构成 一维单相渗流的Darcy公式为：三维单相渗流的Darcy公式为：,-25-,渗流速度是一个空间向量，用分量表示为：渗流速度矢量；压力；势函数 绝对渗透率；重力加速度常数；粘度；垂向坐标；密度；,2.单相渗流基本微分方程,-26-,Reservoir Simulation III,Gringa
12、rten,2002,Data from all sources,-27-,2.单相渗流基本微分方程,根据物质守恒原理，在单位时间内流入单元内的流体质量-流出单元的流体质量=单元内流体质量的变化取渗流场中一个微小六面体体积单元来研究,-28-,-29-,2.单相渗流基本微分方程,该六面体单元的中心点坐标为（x，y，z），其每一侧面的质量流速均以其侧面的中心点的质量来代替。方向流入质量=方向流出质量=方向流入质量=方向流出质量=方向流入质量=方向流出质量=单元体内流体质量的变化=,-30-,根据物质守恒定律：将上式两边同除以，,2.单相渗流基本微分方程,-31-,并令，把源汇项（井）加入到方程中，
13、得到单相渗流连续性方程：,2.单相渗流基本微分方程,-32-,用Hamilton算子 表示，并将达西公式代入，得到，单相渗流微分方程（流动方程）：生产井 注入井 关 井,2.单相渗流基本微分方程,流动项,源汇项,累积项,-33-,这就是地下流体所遵循的渗流规律。总之，渗流基本微分方程包含三部分内容:流动项、源汇项以及累积项 渗流基本微分方程由两个定律控制：达西定律与物质守恒定律压力场和饱和度场的分布是流体流动的结果，流动规律由达西定律来确定，流量由物质守恒来确定，这两个规律是数值模拟的关键所在。,2.单相渗流基本微分方程,-34-,将单相渗流达西定律推广到多相渗流中，得到三相流动达西公式：式中
14、，w，o，g水、油、气诸相下标。相对渗透率；,3.三维三相渗流基本微分方程,-35-,对油、水、气三相，每一相运用物质守恒定律，可以建立以下连续性方程,3.三维三相渗流基本微分方程,-36-,把达西公式代入连续性方程，得到三维三相渗流基本微分方程,3.三维三相渗流基本微分方程,相对渗透率、毛管力是饱和度函数,而粘度、体积系数孔隙度与密度均是压力的函数,-37-,3.三维三相渗流基本微分方程,令,-38-,上述T的物理意义是反映相邻网格间的流动性，又叫传导率（transmissibility),3.三维三相渗流基本微分方程,-39-,3.三维三相渗流基本微分方程,求解变量,-40-,3.三维三相
15、渗流基本微分方程,还要补充一些方程饱和度：油水毛管力：油气毛管力：相对渗透率和毛管力是饱和度函数：,-41-,Stone公式：式中，束缚水饱和度 油水两相流动时油相相对渗透率 油气两相流动时油相相对渗透率,3.三维三相渗流基本微分方程,-42-,3.三维三相渗流基本微分方程,流体PVT性质水相：气相：（Z)油相：随压力变化，相态会发生变化。三相状态：两相状态：岩石的高压物性相渗曲线以及流体PVT性质，以表格形式给出，称为静态数据。,-43-,3.三维三相渗流基本微分方程,实际求解变量初始化输入数据ljfinit.txt,油相流体性质与压力和饱和压力的关系,-44-,产量项（作源汇项处理）（动态
16、数据）,3.三维三相渗流基本微分方程,-45-,3.三维三相渗流基本微分方程,其中，在井基准面深度 上的井底压力。节点等效泄油半径。井筒半径。X，Y，Z 网格节点x，y和z方向步长 PI叫采油指数，通常写成KH,可以直接输入,井数据又叫动态数据ljfmodel.txt,-46-,4.初边值条件,油气藏外边界条件:,第一类边界 条件 P=f(x,y,z,t)第二类边界 条件 第三类边界条件:,-47-,4.初边值条件,外边界 封闭边界:尖灭、断层、圈闭 流动边界：边、底水内边界，即井的生产条件 定产边界条件（rate constraint):给定产液量、产油量、产气量、注水量、注气量 定压边界条
17、件(pressure constraint):给定井底流压,-48-,4.初边值条件,油藏初始条件:,-49-,5.网格系统,-50-,在一般情况下流动方程求不出解析解，只能用离散化方法求数值解。离散化方法，首先要把求解区域按一定的网格系统进行剖分。网格剖分方法有很多，像直角坐标网格、径向网格、角点网格、PEBI网格等。目前，商用软件中大都采用矩形网格系统。离散化方法主要有：有限差分（Finite Difference)、有限元(Finite Element)以及流线法(Stream Line)。比较成熟的是有限差分方法。有限差分方法大多空间变量采用网格块中心（Block Center)差分,
18、时间变量按向前差分方法。,5.网格系统,-51-,5.网格系统:矩形网格,-52-,-53-,5.网格系统:径向网格系统,读取网格数据时，R方向循环最快，然后是 方向，最后是Z方向,径向网格数据读取规则,-54-,5.网格系统:角点网格,Corner Point,-55-,块中心网格与角点网格的比较,块中心网格表示的含有断层的倾斜构造,角点网格表示的含有断层的倾斜构造,-56-,5.网格系统:块中心网格的数据结构,模型被分为20510个网格区域。网格从（1，1，1）开始向下倾斜。各网格块在X方向上是300ft，在Y方向上是1000ft。层厚度从上至下分别是32，22，20，4，32，4，26，
19、26，4，28ft,-57-,5.网格系统:块中心网格的数据结构,-前20个TOPS定义网格(1,1,1)到(20,1,1)6855.000 6865.0006875.0006885.0006895.0006905.0006915.0006925.0006935.0006945.0007005.0007015.0007025.0007035.0007045.0007055.0007065.0007075.0007085.0007095.000-下面20个TOPS定义网格(1,2,1)到(20,2,1)6930.0006940.0006950.0006960.0006970.0006980.00
20、06990.0007000.0007010.0007020.0007080.0007090.0007100.0007110.0007120.0007130.0007140.0007150.0007160.0007170.000-下面20个TOPS定义网格(1,3,1)到(20,3,1)7030.0007040.0007050.0007060.0007070.0007080.0007090.0007100.0007110.0007120.0007180.0007190.0007200.0007210.0007220.0007230.0007240.0007250.0007260.0007270.
21、000-下面20个TOPS定义网格(1,4,1)到(20,4,1)7130.0007140.0007150.0007160.0007170.0007180.0007190.0007200.0007210.0007220.0007280.0007290.0007300.0007310.0007320.0007330.0007340.0007350.0007360.0007370.000-下面20个TOPS定义网格(1,5,1)到(20,5,1)7205.0007215.0007225.0007235.0007245.0007255.0007265.0007275.0007285.0007295.
22、0007355.0007365.0007375.0007385.0007395.0007405.0007415.0007425.0007435.0007445.000/这完成了第一层TOPS的定义,-58-,角点网格的数据结构,-COORD-此关键字定义坐标线-X1Y1Z1X2Y2Z2 0.0.6825.0000.0.7023.000 300.0000 0.6835.000300.00000.7033.000 600.0000 0.6845.000600.00000.7043.000 900.0000 0.6855.000900.00000.7053.000 1200.000 0.6865.0
23、001200.0000.7063.000./对于20*10 的网格模型,需要21*11 条坐标线，即 231条。-每一条坐标线都用6个数来定义，所以关键字COORD包含有1386个数。ZCORN-这个关键字定义网格拐点的深度，数据按照X(或 R)方向循环最快，然后是Y(或 THETA)方向，最后是Z方向的顺序排列。6825.0006835.0006835.0006845.0006845.0006855.0006855.0006865.0006865.0006875.0006875.0006885.0006885.0006895.0006895.0006905.0006905.0006915.0
24、006915.0006925.0006975.0006985.0006985.0006995.0006995.0007005.0007005.0007015.0007015.0007025.0007025.0007035.0007035.0007045.0007045.0007055.0007055.0007065.0007065.0007075.000./对于1000个网格，需要 8000 个ZCORN值-这些只是角点网格模型的数据体中很少的一部分,-59-,块中心网格与角点网格的比较,-60-,正常连接的网格关系,粗细网格交界处的流量计算,非正常连接技术,两点流量公式：,-61-,非结构网
25、格技术,传统的结构网格-即规则矩形剖分的网格,具有如下不足:存在较严重的网格取向效应不能保证每口井都在网格中心不能很好地描述油藏形态粗细网格间的过渡衔接性差研究新的网格技术势在必行.,结构网格的不足,x,y,好,差,井,好,开发软件,-62-,非结构网格技术,Gurpinar,2001,Castellini,2001,Wolfsteiner et al.,2002,Prevost 2003,-63-,非结构网格技术(Unstructured Grids),常用的非结构网格各网格中心之间连线构成三角网PEBI网格（又叫垂直平分网格Perpendicular Bisectors):各三角形边的垂直
26、平分线构成网格边界CVFE网格-控制体有限元网格(Control volume finite element):各三角形边的中点与重心的连线构成网格边界待解决的问题非结构网格条件下代数方程组的快速求解,CVFE网格,PEBI网格,开发软件,-64-,5.网格系统:PEBI网格,PEBI,-65-,unstructured PEBI grids,Locally different grids,-66-,Advanced Fault Modeling,Heavily Faulted Reservoir,-67-,非结构网格技术 Channels can be modelled,-68-,2.非结构
27、网格技术(complex)faults,Geological Model of a Heavily Faulted Reservoir,Simulation Model,-69-,1.概述 局部网格加密(Local Grid Refinement，简称LGR)技术主要分：静态局部网格加密(Static Local Grid Refinement)局部加密区域在整个计算过程中固定不变的，常用于断层、尖灭、裂缝以及井附近的加密。该技术已经成熟，在多加软件公司的软件产品中都有这一功能。动态局部网格加密(Dynamic Local Grid Refinement)局部加密区域在整个计算过程中随流体的运
28、动位置而变化，主要用于追踪驱替前缘。该方法在研究之中，最早是Heinemann将动态局部网格用于水驱油藏数值模拟。,局部网格加密(Local Grid Refinement),-70-,Productive Area 1,Productive Area 2,Sealing Interbedding,Aquifer,Aquifer,局部网格加密技术,-71-,局部网格加密技术,Aquifer,Productive Area,Vertical Refinement Zone,-72-,随驱替前缘移动的动态局部网格加密系统,化学驱驱替前缘动态追踪数值模拟研究,-73-,1.3 动态局部网格加密技术(
29、注化学剂时的So）,开发软件,-74-,杂交网格技术(Hybrid Grid Refinement),Horizontal Well Grid,Computed Results,-75-,开窗技术(Windowing Technique),Independent time stepping At any locationSeveral different gridding options are available within one model in the same position,-76-,开窗技术,-77-,开窗技术,Automatically and implicitly cal
30、culated in/out-flux will be used as a von Neumann boundary condition,-78-,开窗技术,Good match required windowing,-79-,差分方程,6.差分方程(Difference Equations),-80-,6.差分方程,-81-,该差分方程组无论是左端还是右端都是非线性的，是一组非线性代数方程组。非线性最强的参数是相对渗透率和毛管力。这两个参数在时间方面的处理不同，对计算的稳定性以及计算结果影响最大，也是形成形形色色解法的关键所在。根据隐式程度的不同，数值模拟的算法有IMPES(Implicit
31、 Pressure Explicit Saturation)方法、半隐式(Semi-Implicit Method)方法和全隐式方法(Fully Implicit Method)。IMPES：隐式求解压力显式求解饱和度。对流度中与时间有关的量均取上一时间步的值。,6.差分方程,-82-,IMPES方法的优点是速度快，缺点是稳定性差,尤其是锥进问题以及过泡点问题不能很好解决。因此时间步长不能太大。目前，IMPES方法在化学驱模型，尤其是流线法中发挥着作用。全隐式方法主要采用了Newton-Raphson迭代技术,对方程中各项系数，包括井系数全部隐式处理。全隐式方法较之半隐式方法，具有更好的稳定性
32、，时间步长更长，彻底解决了过泡点问题，是八十年代数值模拟技术走向成熟的关键技术，也是大型油藏数值模拟的主流方法。,6.差分方程,-83-,全隐式方法和半隐式方法的根本差别在于：半隐式方法是将非线性方程直接线性化形成线性代数方程组，来求解n+1时刻的值。全隐式方法采用Newton-Raphson方法，迭代地求解非线性方程组，得到n+1时刻的变量。用一维非线性方程表示：给定初始近似 对函数 在点处 进行一阶泰勒展开,可近似地表示为,6.差分方程,-84-,半隐式：全隐式方法：,6.差分方程,-85-,下面介绍全隐式方法。为了减小计算机舍入误差的影响，模型中不直接求压力和饱和度，而是求其增量。其中：
33、x代表求解变量 n时间迭代步 牛顿迭代步,6.差分方程,-86-,求解变量：，对于二相状态：对于三相状态：,6.差分方程,-87-,对方程组进行线性化处理。对所有变量进行Taylor展开，保留线性部分。变量进行运算后也保留线性部分，舍去高阶项。形成线性代数方程组。,7.差分方程的线性化,-88-,全隐式方法形成的线性代数方程组的结构,7.差分方程的线性化,矩阵结构示意图,-89-,油藏数值模拟的线性代数方程组是大型稀疏矩阵，其求解效率在油藏数值模拟计算中举足轻重。因为，其计算量占整个计算量约70%80%。因此，研制快速求解大型稀疏矩阵的新方法成为油藏数值模拟发展的一个重要方向。线性代数方程组的
34、求解方法主要有三类：1）直接法：Gauss消元、D4排序的Gauss消元 2）迭代法：SOR(松弛迭代法）3）共轭梯度类法、预处理共轭梯度类法（PCG方法）,8.线性代数方程组的求解,-90-,目前最先进的方法是预处理共轭梯度类方法。BO软件中采用RSVP方法。该方法计算快，精度高。,8.线性代数方程组的求解,-91-,黑油模型油藏数值模拟器流程,二、黑油模型简介,-92-,8.黑油模型数据流,初始程序,INIT文件,输出结果,动态数据,动态程序,主模型程序输出结果,输出重启文件,输入重启文件,拷贝文件,静态数据,-93-,黑油模型输入数据：主要数据流,8.黑油模型数据流,-94-,一、初始化
35、数据主要有：1PVT数据包括流体性质常数，高压物性试验数据和平衡区数据。主要是：（1）油、气、水的地面密度和比重等常数，以及计算地层水性质的有关参数。（2）平衡区数据，如油水界面、油气界面。（3）油PVT表，气PVT表。,9.黑油模型数据流,-95-,2岩石数据包括油水系统和油气系统的相对渗透率曲线和毛管压力曲线数据，以及其它的岩石性质数据。主要是：（1）输入岩石压缩系数及其参考压力。（2）油水系统以及油气系统的相对渗透率曲线和毛管压力曲线数据。（3）毛管压力端点值与束缚水饱和度关系。,9.黑油模型数据流,-96-,3网格属性数据是用数组表述的属性数据,主要来自地质建模,它们是：（1）油层深度
36、数据（2）孔隙度数据（3）渗透率数据（4）厚度数据（5）有效厚度,9.黑油模型数据流,-97-,初始化程序输入以下几类卡片：（1）NIT卡（2）一般描述卡片（3）PVT数据卡片（4）岩石类型数据卡片（5）数组数据（6）END卡每一类型卡片有引领关键字，标志者该类数据开始输入。INIT卡必须放在卡片叠的第一张，END放在卡片叠的最后一张，数组数据放在其它输入数据的后面。ljfinit.txt,9.黑油模型数据流,-98-,二、动态模型数据主要有：1.模型控制数据：（1）离散方程求解控制参数（2）线性代数方程组解法控制参数（3）时间步长控制参数 2.输出控制参数:（1）控制井资料报告（2）控制全油
37、田、分区及分层报告（3）控制数据场报告：压力、饱和度,9.黑油模型数据流,-99-,3.井数据：（1）井位数据及射孔数据（2）井的分类及生产方式 ljfmodel.txt,9.黑油模型数据流,-100-,2006年4月13日,李建芳,油藏数值模拟原理,化学驱数值模拟,-101-,化学驱发展概况、技术进展和发展前景复合化学驱驱油机理和物化现象数学模型及模拟软件化学驱模型与黑油模型的比较主要物化现象及物化参数描述,三、化学驱模型,-102-,发展概况、技术进展和发展前景,我国陆上各油区大都处于高含水期开采阶段，稳产难度越来越大。后备资源不足，储采矛盾逐年加大:当年增加的可采储量始终小于当年的产油量
38、，后备资源量不断下降，储采矛盾逐年加大 综合含水逐年升高，主力油区已进入注水开发后期，依靠现有生产技术已很难保持稳产 新探明储量的动用程度不高，开发难度大急需发展和应用提高采收率方法,油田开发现状和问题：,-103-,1999年完成的全国17个油区进行潜力评价工作，评价结果表明，我国油田提高采收率的潜力很大。在现有技术条件下，可增加可采储量11.8108 t，相当于可提高采收率11%以上,发展概况、技术进展和发展前景,提高采收率方法是保持各油区产量稳定的重要措施聚合物驱已在我国工业化应用，可提高采收率10%，年产油达1000万吨复合化学驱，做为一种高效率的提高采收率方法，在一定的油藏条件下，能
39、够大幅度地提高原油采收率，室内和矿场试验提高采收率20%以上。复合化学驱研究和应用取得了重大突破，成为我国最为重要的潜在的三采技术储备。,-104-,引言,复合化学驱驱油机理和物化现象,降低界面张力,驱油机理,流度控制作用,降低昂贵化学剂的吸附损失（A）,碱+原油中酸性物,表面活性物质,A+S+P 多元化学剂复合协同效应,碱对酸性原油的多次萃取,聚合物降低驱替液的流度,含盐量降低聚合物的粘度,碱引起聚合物的进一步水解,乳化夹带、乳化捕集、乳化聚并,-105-,质量传递（对流、扩散、液-液、固-液、化学反应）复合协同效应及界面张力的降低各种化学剂的损耗：碱耗、化学剂吸附滞留等残余饱和度的降低多相
40、相对渗透率化学剂的扩散和稀释聚合物溶液特性离子交换含盐量及其变化的影响等乳状液的形成及流动特性沉淀、结垢,复合化学驱驱油机理和物化现象,引言,-106-,数学模型及模拟软件,以黑油模型为基础的化学驱数学模型：NHANCE-美国SSI:简化机理ISLAM-加拿大提高采收率研究所：简化机理VIP-POLYMER-美国：聚合物驱模型以组份模型为基础的化学驱数学模型：UTCHEM-TEXAS大学:考虑复杂机理，教学模型SCORPIO-英国原子能研究所：聚合物驱模型ASP-中国石油勘探开发研究院：复合驱模型,-107-,ASP软件的数学模型,对流项,j相密度,相浓度，表示i组份在j相中的浓度,达西速度,
41、扩散项,累积项,产量项,累积项包括流体组分在孔隙中的质量聚集和由吸附/滞留等引起的在岩石中的质量损失,源汇项包括注入/产出和化学反应等引起的质量增加或减少,-108-,计算流程,-109-,化学驱模型与黑油模型的比较,-110-,主要物化现象及物化参数描述,界面张力随化学剂浓度的变化：为了真正体现多种化学剂的复合协同效应，采用实测的界面张力等值图进行描述，对于给定的原油和配置水矿化度，界面张力主要随碱、表面活性剂、聚合物浓度变化：,通过各化学剂浓度可获得对应的界面张力,-111-,物化现象及参数描述,碱多次萃取引起的界面张力变化,主要考虑碱对酸性原油多次萃取引起的界面张力的进一步降低，其降低幅
42、度与碱浓度、与新原油接触萃取次数有关，通常主要发生在驱替前缘与新鲜原油接触的区带。根据实验结果，该降低幅度可达1各数量级以上（该现象是有利于驱油的因素）。模型中可根据实验资料考虑此现象引起的界面张力的降低，也可进行如下简化考虑：即在驱替前缘某一碱浓度范围内，由于碱多次萃取，使得该范围内的界面张力比正常计算值低（其幅度由实验确定）。,-112-,物化现象及参数描述,聚合物的加入引起的界面张力变化,主要考虑聚合物的加入引起的ASP体系与原油间的界面张力升高情况。通常聚合物浓度越高，越易发生该现象（该现象是不利于驱油的因素）。可根据实验结果进行如下改进：在聚合物浓度大于某值后，使正常计算出的AS体系
43、界面张力随聚合物浓度的增加而增加，幅度由实验资料确定：,-113-,物化现象及参数描述,残余饱和度和相对渗透率,残余饱和度 各相残余饱和度与毛管数有关，毛管数定义:,通过实验可测得不同Nc下的残余饱和度值,各相相对渗透率,-114-,物化现象及参数描述,物化现象及参数描述,碱 耗,影响因素较多，且较复杂，模型用一些简化处理，通过化学反应项给予描述。,溶液中与岩石表面的的离子交换引起的快速碱耗 r1,原油中酸性物质引起的碱耗r2,实验给出不同酸、碱浓度下的碱耗曲线,岩石溶解引起的长期碱耗r3,该碱耗可用一级表观动力学方程描述,式中K31由实验确定,水相中CO2引起的碱耗r4,可根据化学反应折算出
44、CO2引起的碱耗,Ca+、Mg+离子引起的碱耗r5,可根据K51，K52溶度积折算出碱耗r5,-115-,物化现象及参数描述,表面活性剂吸附,式中：qs0,as与阳离子强度E有关，由实验资料确定。,C+,C+分别为一价和二价阳离子浓度，为加权因子。,当碱存在时，表面活性剂的吸附滞留量将随PH的升高而降低,-116-,物化现象及参数描述,碱对粘度的影响,碱对溶液粘度的影响,碱的加入将引起溶液含盐量环境的变化，阳离子浓度的大大增加将引起聚合物溶液的粘度大大降低，这也是碱加入带来的最重要的不利因素之一。,碱引起的聚合物进一步水解,在一定范围内，碱加入引起的聚合物长期水解，导致聚合物溶液粘度的增加，与
45、碱浓度，聚合物水解度及时间有关。可根据实验资料考虑该现象引起的粘度增加（该现象是有利于驱油的因素）。,-117-,物化现象及参数描述,聚合物溶液的粘度,静止粘度,运动粘度,聚合物溶液的静止粘度（零剪切速率下的粘度）是聚合物溶液浓度和含盐度的函数,式中：a1、a2、是与含盐度有关的常数，由实验资料确定。,剪切导致聚合物溶液的粘度降低，可以通过Meter方程描述,为剪切速率，1/2为（p0+w）/2粘度时的剪切速率。nr表示流体非牛顿性的幂律指数，1.0nr1.8，Newton流体的nr=1.0。,-118-,物化现象及参数描述,聚合物吸附量,对于近似遵循Langmuir等温吸附理论的静态吸附,式
46、中：qpmax不同盐度下，聚合物在岩石表面上的最大吸附量a1,b1平衡吸附常数，其值由实验室测定对于不符合Langmuir吸附规律的情况，可采用实验室给定的不同含盐量下的聚合物吸附曲线插值计算吸附量。,-119-,物化现象及参数描述,聚合物的水相渗透率降低系数,由聚合物的吸附滞留所引起,qp,Rkp不同含盐量下，聚合物吸附滞留量和水相渗透率下降系数qpmax,Rkpmax不同含盐量下，聚合物饱和吸附滞留量和最大水相渗透率下降系数。亦可直接给定不同含盐量下的Rkp qp(Cp)表格插值计算,-120-,物化现象及参数描述,复合体系毛管压力可描述成油水毛管压力和界面张力的函数,Cpc,Npc为常数
47、（由实验资料确定），Sn为湿相饱和度,各相密度取决于各相压力和组成,P0,0分别为参考压力和该压力下的密度。j为压缩系数。,毛管压力、流体各相密度,-121-,物化现象及参数描述,离子交换、聚合物可及孔隙体积,离子交换,水相中一价阳离子与岩石表面的二价阳离子的离子交换，使得溶液中阳离子强度增加，影响了聚合物的粘度和吸附,QV离子交换能力 c离子交换系数,聚合物可及孔隙体积,为聚合物、交联剂、,凝胶的可及孔隙体积，可通过实验测定,-122-,新增物化现象描述,碱垢物化现象的描述,碱与矿物反应产生垢，碱垢对地层产生了不同程度的堵塞，从而影响地层的渗透性，使流体的流动能力降低，驱动压差上升。可以采取
48、简化的描述方式：,（1）计算碱与矿物反应形成的碱垢量，碱垢量随碱浓度变化。实验给出碱垢量与地层渗透率下降系数的关系。（2）在给定的油藏条件下，实验直接给出地层渗透率下降系数随碱浓度的变化曲线。,主要创新点,-123-,新增物化现象描述,碱垢反应是受多重机理控制的,影响反应机理的条件为碱型、碱浓度、反应温度、岩石中具有较高反应活性的矿物种类及含量等。在数学描述中我们只考虑碱浓度，其它变量可以通过实验间接给出（例如对某特定碱型、特定温度和特定岩石中矿物种类进行实验），形成碱垢后主要是影响渗透性，这种影响对水相和油相都起作用,碱垢物化现象软件模块的研制,主要创新点,-124-,新增物化现象描述,碱垢物化现象软件模块的研制,我们引入碱垢引起的渗透率降低系数，在给定的油藏条件下，实验直接给出渗透率降低系数随碱浓度的变化曲线。由每个网格块碱浓度通过碱垢引起的渗透率降低系数曲线查到每个网格块的降低系数，分别对水相和油相的流度进行修正,主要创新点,-125-,新增物化现象描述,乳状液物化现象的描述,应用Einstein公式（分散相的体积分数小于0.02）计算粘度：0(12.5)式中和0分别代表乳状液和分散介质的粘度。,较稀的乳状液,浓的乳状液,应用改进的Hatsche公式计算粘度,式中h为校正系数，称为因子体积；h值接近1.3,-126-,谢谢大家！,
