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1、稠油热采数值模拟技术,稠油热采数值模拟技术,热采数值模拟技术概述 热采数值模拟技术发展 个人计算机的发展 热采数值模拟软件发展 热采油藏模拟软件的主要功能 热采数值模拟配套技术 稠油热采基础 热采油藏模拟的基本数学方法 热采数值模拟主要内容 稠油热采数值模拟主要输入参数,个人计算机的发展,浮点运算速度变化,P3/1.0GHz的速度是1 P4/3.0GHz的速度是3.4,热采数值模拟软件发展,始于二十世纪七十年代 八十年代，热采数值模拟技术研究的主要方向是：针对蒸汽吞吐和蒸汽驱，研究注蒸汽过程中水蒸汽过泡点时数值模型解法的稳定性。研究不同网格排序的解法，提高计算速度，软件应用于稠油热采项目。 九
2、十年代，热采模拟增加了多组分模型功能：如热采加化学添加剂；增加了自适应隐式解法、双孔双渗模型、水平井模拟等。增加了前、后处理功能：包括动态曲线、3维场图。 近年，热采数值模拟又增加了角点网格、井筒离散、泡沫油、出砂冷采等模拟功能。前后处理更加完善、实用。 井筒数值模拟技术也从利用计算器计算，发展到计算机模拟计算水平，目前也有良好的用户界面、简单实用的曲线输出功能,热采油藏模拟软件的主要功能,三维、三相、多组份 直角坐标、柱坐标 模拟蒸汽吞吐、蒸汽驱过程 考虑热采的主要特性 注汽井、生产井 注入不同压力（温度）、干度的水蒸汽 原油的粘温特性 蒸汽吞吐过程中相渗曲线的变化 顶底盖层及隔夹层的吸热、
3、散热问题 油藏温度场、粘度场、饱和度场变化 边井、角井网格修正,蒸汽吞吐一周期示意图,蒸汽带,热水带,冷油带,注汽,闷井,产油,蒸汽驱过程示意图,蒸汽带,热水带,冷油带,注汽井,生产井,生产井,热采油藏模拟软件的附加功能,注蒸汽加添加N2、CO2 注蒸汽加泡沫剂Foam 分散组份：凝胶、聚合物、碱化物 边底水模型 泡沫油Foamy 井筒离散化的水平井 角点网格 局部网格加密,动态数组 断层处理 双孔、双渗 出砂冷采 电磁加热 火烧油层 低温氧化 地质力学模型：压裂、地层变形,热采数值模拟配套技术,热采数值模拟前处理主要功能 网格生成 岩性数据 相渗数据及其随温度变化 相渗曲线自动光滑 PVT数
4、据 确定求解方法 井定义 完井及射孔层位定义 动态数据：注入数据、生产数据、生产条件 历史拟合数据,热采数值模拟配套技术,热采数值模拟后处理主要功能 生产动态曲线 3D模拟场图 旋转、切片、联井剖面 图形模板 多井动态曲线 多场图显示 图形输出 单图输出 图形动态输出（avi格式）,稠油热采数值模拟技术,热采数值模拟技术概述 稠油热采基础 粘温关系 汽驱残余油 饱和水蒸汽特性 热采油藏模拟的基本数学方法 热采数值模拟主要内容 稠油热采数值模拟主要输入参数,稠油热采数值模拟基础,稠油粘温关系 ASTM粘温坐标系 稠油粘度的温度敏感性： 在高粘度区：一般温度升高10，粘度下降约50 含气稠油粘度变
5、化 1、 2、 3、 油水粘度比大 汽驱残余油 汽驱残余油与温度有关，0.15 相渗曲线随温度变化 水蒸汽热物性 饱和温度、饱和压力、热焓、比容、 干度,动 力 粘 度,20,40,60,80,100,120,140,160,180,200,220,240,260,280,300,320,340,360,TEMPERATURE，DEGREES CENTIGRADE（）,KINEMATIC VISCOSITY CENTISTORES （mPa.s）,0,1.00,1.25,1.50,1.75,2.0,3.0,4.0,5.0,6.0,7.0,8.0,9.0,10,15,20,30,40,50,75
6、,100,150,200,300,400,500,1 000,ASTM STANDARD VISCOSITY TEMPERATURE CHARTS FOR LIQUID PETROLEUM PRODUCTS,40,50,60,70,80,90,100,110,120,130,140,150,160,170,180,190,200,220,240,260,280,300,320,340,360,380,400,420,440,36-7047,36A-846,35A-844, D84-35-40,TEMPERATURE，DEGREES FAHRENHEIT（F）,Qi40脱气油,Qi40含气油,A
7、STM坐标图,吞吐相渗曲线,Sw,Krw,Kro,饱和水蒸汽温度、压力关系曲线,饱和温度随压力上升而升高，5MPa以下温度升高较快， 5MPa饱和温度达到264，10MPa饱和温度为311。,液态（未饱和水）,气态（过热水蒸气）,饱和水蒸汽热焓变化图,320MPa，干度在0.6左右，饱和水蒸汽的热焓随压力变化不大。 在低压下，水蒸汽潜热较大，10MPa以下，潜热占干蒸汽热焓的50以上。,饱和水蒸汽比容变化图,干度为0.6，2MPa时：水蒸汽比容是液体的51倍， 6MPa时：水蒸汽比容是液体的15倍,饱和水蒸汽干度变化与热焓变化关系图,初始干度70，4MPa时：干度下降40，水蒸汽热焓变化30；
8、 干度下降10，热焓变化7。干度变化值与热损失值不同。,稠油热采数值模拟技术,热采数值模拟技术概述 稠油热采基础 热采油藏模拟的基本数学方法 基本假设 基本方程 方程组求解 热采数值模拟主要内容 稠油热采数值模拟主要输入参数,热采油藏模拟的基本数学方法,基本假设 油藏内油、气、水三相流动，流动满足达西定律。 流体由三相（油、气、水）和多个组份（水、死油、轻质油、气等）组成。油相中含有死油、轻质油组份；水相、气相中含有水组份；任一组份在相间分配关系服从相平衡原理。 油藏内的渗流为不等温渗流过程，温度影响着原油的粘度以及油、气、水三相相对渗透率曲线。 流动过程中的热量通过传导、对流、辐射等三种方式
9、实现热传递。,热采油藏模拟的基本数学方法,基本微分方程 质量守恒方程 流入质量 - 流出质量 + 源/汇产生的质量 = 质量的变化 能量守恒方程 单位时间净流入单元体的能量 + 由传导和辐射净传递的能量 + 源/汇产生的能量 - 向盖、底层散失的能量 = 单元体内能的变化量 约束方程 饱和度约束方程：So+Sw+Sg=1 组份约束方程、辅助方程 定解条件 边界条件、初始条件 微分方程和求解变量说明 差分方程组 差分方程组的形成：微分方程离散化，采用块中心网格、五点或九点差分格式 差分方程的线性化：自适应隐式方法和全隐式方法求解,线性方程组的求解,D4排序的线性方程组的系数矩阵中含有大量的零元素
10、，非零元素以对角线的形式分布在主对角线上及其两侧，呈带状排列，因此系数矩阵是带状稀疏矩阵。 D4排序的LU分解法 D4排序方法 高斯消元 LU分解法,D4排序网格系统图,D4排序的系数矩阵结构,稠油热采数值模拟技术,热采数值模拟技术概述 稠油热采基础 热采油藏模拟的基本数学方法 热采数值模拟主要内容 建立数学模型 生产动态历史拟合 开采方式敏感性分析 数值模拟开发效果预测 稠油热采数值模拟主要输入参数,热采数值模拟主要内容,建立数学模型 单井模型 井组模型 试验区模型 全油藏模型,蒸汽超覆研究,吞吐产油曲线,建立数学模型,井组模型 对角网格、平行网格 边部网格修正 边井、角井生产曲线 平行网格
11、角井蒸汽突破方向可能会有误,对角网格、平行网格汽驱突破变化图,平行网格,对角网格,纵向网格与垂向波及面积关系,中部有高渗通道，纵向网格对波及面积和突破时间有影响,建立数学模型,试验区模型 区域不封闭的影响 非均质影响 动态数据多的影响 全油藏模型,稠油热采数值模拟模型,特殊网格,角点网格,有限元网格,生产动态历史拟合,产液量拟合 压缩系数影响 渗透率参数调整 粘温关系变化 井底流压控制 产油量、含水率拟合 相渗曲线数据调整 油藏压力、油藏温度拟合,相渗曲线数据调整,见水过早,见水过晚,后期含水过低,后期含水过高,开采方式敏感性分析,油藏参数 井网、井距；油层厚度 渗透率；粘温数据 注汽参数 周
12、期注汽强度 注汽速度、注汽压力（温度）、注汽干度 闷井时间 生产参数 最大排量 井底流压,数值模拟开发效果预测,蒸汽吞吐开发效果 普通稠油常规吞吐 超稠油吞吐 蒸汽驱开发效果,普通稠油常规吞吐,超稠油蒸汽吞吐,稠油热采数值模拟技术,热采数值模拟技术概述 稠油热采基础 热采油藏模拟的基本数学方法 热采数值模拟主要内容 稠油热采数值模拟主要输入参数 网格参数、油藏参数 流体参数 岩性数据 初始化数据 数值方法参数 井和动态数据 井筒温度模拟,网格参数,坐标系及网格选择：直角网格、柱坐标网格、角点网格 网格划分：NX、NY、NZ 网格大小：DX、DY、DZ，网格大小可以是简单的常数，也可以是不同变数
13、 网格修正：对于边部、角部等特殊网格的体积、面积修正。 网格数据：顶深、油层厚度、砂层厚度、孔隙度、渗透率、饱和度，这些数据可以按网格、按层或按常数输入。,边界修正,网格修正：与流动方向有关 *VAMOD key v ai aj ak 边部网格 *VAMOD key 0.5 1 0.5 0.5 角部网格 *VAMOD key 0.25 0.5 0.5 0.25,油藏参数,双孔双渗模型的基岩与裂缝参数：基岩的孔、渗、饱，裂缝的孔、渗、饱。 区域划分：可以将数值模型在平面上、纵向上划分为多个区域，模拟结果的产油、含水、压力、温度等参数变化，可以按区域统计分析。 油藏岩性参数：参考压力下，岩石的压缩
14、系数，岩石比热，岩石导热系数 顶底盖层参数：顶底盖层的比热、导热系数,流体参数,组份定义： 组份名称：Water、OIL 组份对应的物性数据及临界数据：莫尔质量、密度、临界压力、临界温度、比热等 粘温数据：粘温曲线数据 参考点数据：参考温度、参考压力,岩性数据,岩性编号 不同温度下相渗端点数据：温度、束缚水、残余油、临界气饱和度、气驱残余油、残余油下的水相相渗、原生水下的油相相渗、原生水下的气相相渗 相渗曲线数据：油水相渗的含水饱和度、油相相渗、水相相渗，油气相渗的含气饱和度、油气相渗、水气相渗,初始化数据,初始压力 初始温度 初始含油饱和度 初始含水饱和度 对于底水油藏的油水界面深度,数值方
15、法参数,系数矩阵排序：自然排序、红黑排序、D4排序、RCM排序 方程解法：高斯消去法、迭代法 解法控制参数：最大时间步、最大内迭代（Newton迭代）循环步、最大外迭代（Jacobian矩阵解迭代）循环步、迭代超松弛系数、收敛误差、自适应隐式解法 迭代控制参数：1个时间步内，压力、温度、饱和度、mole分数等参数变化范围,井和动态数据,时间：开始时间、开始时间迭代步长 单井数据：井编号、井名、井位坐标、井系数 井组数据：井组名、井组内井名 完井定义：完井井段、井半径、井系数、表皮系数 井类别定义：生产井、注入井 井操作数据：开井、关井 注汽井：井编号、注汽温度、注汽干度、注汽压力 生产井：井编
16、号、最大产液、最小流压 停止计算标识：STOP,井系数修正,稠油热采数值模拟小结,模型特点 多组分模型功能 能量守恒、传热、导热问题 顶底盖层散热、隔夹层吸热升温 热物性、水蒸汽特性 油藏比热、导热系数 稠油粘温关系 相渗数据随温度变化 注汽井 注汽速度、注汽压力（温度）、注汽干度 干度0时：根据饱和蒸汽压力，自动算出饱和温度 生产井 限产液、最小流压、最高含水、最高气油比,稠油热采数值模拟小结,地质模型 深度、油层厚度、净总比、孔渗饱 模型数据 PVT、粘温曲线、相渗曲线、残余油与温度关系 压缩系数、导热系数（J/m.day.）、比热（J/m3.） 动态数据 井数据：完井井段 注汽数据：注汽
17、速度、压力、温度、干度 生产数据：产油、含水、压力变化 热损失：地面、井筒,热采油藏模拟软件,STARS Steam, Thermal, and Advanced Processes Reservoir Simulator http:/www.cmgl.ca/software/stars.htm ECLIPSE Thermal http:/ VIP Thermal http:/ 主模型特点 常规热采：吞吐、汽驱、热水驱 特殊模拟：注蒸汽+氮气、+CO2、+泡沫剂、火烧、地质力学模型、天然裂缝、聚合物、凝胶 网格系统：直角、角点、有限元、局部网格加密 解法：排序、直接解、迭代解、全隐式、自适应隐
18、式(AIM) 动态定义最大网格、最多井数 水平井：离散井筒模型 例题：67个模拟例题数据,STARS软件特点,前处理Builder Model、Well、Grid、PVTBuilder 后处理Result 3D场图 鼠标读值、旋转、切片、按时间步输出图形文件 生产动态曲线 曲线上读值 历史拟合等曲线对比 非常规模块 出砂冷采、电磁加热、低温氧化,STARS软件工作平台,读取场图数据,读取曲线数据,井筒温度模拟,井筒温度模拟软件WTSP Wellbore Temperature Simulator Package 注汽井模拟SIWS Steam Injection Wellbore Simula
19、tor 计算井筒温度、压力、干度、热损失 生产井热流体循环模拟WHeat Wellbore Heating Simulator 考虑产油、含水、地温变化、注入流体温度等 计算井筒温度变化 生产井电加热模拟EHeat Electrical Heating Simulator 考虑产油、含水、析蜡温度、加热功率线性变化等 计算产液温度及加热功率,注汽井模拟SIWS,流动是气液两相流问题 连续方程、能量方程和动量方程 考虑流体流态：气泡、气弹、泡沫及环状流 水泥环内采用稳态传热 传热与时间无关 在水泥环外为拟稳态传热 传热与连续注汽时间有关 从井口到井底迭代求解 考虑水蒸汽、隔热管的热物性 模拟计算 流体温度变化、压力变化、套管温度变化、热量损失、隔热效果,井筒温度模拟软件,SIWS模拟结果,WHeat流体循环图,空心抽油杆开式循环,空心抽油杆闭式循环,油套环空开式循环,热流体循环模拟WHeat,传热方程 dT/dZ=ZDKl(T-Tl)+ZDKr(T-Tr) ZD：方向系数 Ki=l或r：当量传热系数，与热阻、流量有关 不考虑纵向导热 热物性变化 油水两相混合物性 忽略相变影响 边界条件 注入流体温度、地层温度、井底温度、循环深度等,WHeat模拟结果,空心抽油杆开式循环,空心抽油杆闭式循环,Thank You！,Tel.62098498 ,