油藏?cái)?shù)值模擬原理_黑油模型培訓(xùn)PPT

自由飛翔

黑油模型簡(jiǎn)介
黑油模型是指油質(zhì)較重性質(zhì)的油藏類型。  
黑油模型是最完善、最成熟，也是應(yīng)用最為廣泛的模型。
是油藏?cái)?shù)值模擬的基礎(chǔ)，其它模型大都是黑油模型的擴(kuò)展。
目的：軟件這樣一個(gè)“黑箱”是如何操作的，以便指導(dǎo)我們更好地去應(yīng)用軟件。
黑油模型簡(jiǎn)介
黑油模型的基本假設(shè)
單相滲流黑油模型基本微分方程
三維三相黑油模型基本微分方程
初邊值條件
5. 網(wǎng)格系統(tǒng)
6. 黑油模型的差分方程
7. 差分方程的線性化
8. 線性代數(shù)方程組的求解
9. 黑油模型的主要數(shù)據(jù)流
1 、黑油模型基本假設(shè)
（1） 油藏中的滲流是等溫滲流。
（2） 油藏中最多只有油、氣、水三相，每一相均遵守達(dá)西定律。
（3）油藏?zé)N類只含有油、氣兩個(gè)組分。在油藏狀態(tài)下，油氣兩組分可能形成油氣兩相，油組分完全存在于油相內(nèi)，氣組分則可以以自由氣的方式存在于氣相中，也可以以溶解氣的方式存在于油相中，所以地層內(nèi)油相為油組分和氣組分的某種組合。在常規(guī)油田中，一般不考慮油組分向氣組分揮發(fā)的現(xiàn)象。
（4）油藏中氣體的溶解和逸出是瞬間完成的，即認(rèn)為油藏中油氣兩相瞬時(shí)達(dá)到相平衡狀態(tài)。
（5）油水之間不互溶；天然氣也假定不溶于水。
2.單相滲流基本微分方程
2. 單相滲流基本微分方程
滲流速度是一個(gè)空間向量，用分量表示為：


   ── 滲流速度矢量；  ──壓力； ──勢(shì)函數(shù)
   ── 絕對(duì)滲透率；    ──重力加速度常數(shù)；
   ──粘度；   ── 垂向坐標(biāo)；    ── 密度；
Reservoir Simulation III
2.單相滲流基本微分方程
根據(jù)物質(zhì)守恒原理，在單位時(shí)間內(nèi)
流入單元內(nèi)的流體質(zhì)量-流出單元的流體質(zhì)量
=單元內(nèi)流體質(zhì)量的變化
取滲流場(chǎng)中一個(gè)微小六面體體積單元來(lái)研究

2.單相滲流基本微分方程
該六面體單元的中心點(diǎn)坐標(biāo)為（x，y，z），其
每一側(cè)面的質(zhì)量流速均以其側(cè)面的中心點(diǎn)的質(zhì)量
來(lái)代替。
     方向流入質(zhì)量=   
     方向流出質(zhì)量=   
     方向流入質(zhì)量=   
     方向流出質(zhì)量=   
     方向流入質(zhì)量=   
     方向流出質(zhì)量=
單元體內(nèi)流體質(zhì)量的變化=
2.單相滲流基本微分方程
根據(jù)物質(zhì)守恒定律：


將上式兩邊同除以            ，
2.單相滲流基本微分方程
并令          ，           ，

把源匯項(xiàng)（井）加入到方程中，得到
單相滲流連續(xù)性方程 ：


2.單相滲流基本微分方程
用Hamilton算子    表示，并將達(dá)西公式代入，得
到，單相滲流微分方程（流動(dòng)方程）：

生產(chǎn)井   
注入井
關(guān)    井
2.單相滲流基本微分方程
這就是地下流體所遵循的滲流規(guī)律。
總之，滲流基本微分方程包含三部分內(nèi)容:
              流動(dòng)項(xiàng)、源匯項(xiàng)以及累積項(xiàng)
滲流基本微分方程由兩個(gè)定律控制：
              達(dá)西定律與物質(zhì)守恒定律
壓力場(chǎng)和飽和度場(chǎng)的分布是流體流動(dòng)的結(jié)果，流
動(dòng)規(guī)律由達(dá)西定律來(lái)確定，流量由物質(zhì)守恒來(lái)確
定，這兩個(gè)規(guī)律是數(shù)值模擬的關(guān)鍵所在。
3. 三維三相滲流基本微分方程
將單相滲流達(dá)西定律推廣到多相滲流中，得到
三相流動(dòng)達(dá)西公式：



  式中，w，o，g——水、油、氣諸相下標(biāo)。
         ── 相對(duì)滲透率；
3. 三維三相滲流基本微分方程
對(duì)油、水、氣三相，每一相運(yùn)用物質(zhì)守恒定律，可以建立以下連續(xù)性方程
  
3. 三維三相滲流基本微分方程
把達(dá)西公式代入連續(xù)性方程，得到
三維三相滲流基本微分方程
  
3. 三維三相滲流基本微分方程
令  
3. 三維三相滲流基本微分方程
上述T的物理意義是反映相鄰網(wǎng)格間的流動(dòng)性，又叫傳導(dǎo)率（transmissibility)  
3. 三維三相滲流基本微分方程

3. 三維三相滲流基本微分方程
還要補(bǔ)充一些方程
飽和度 ：
油水毛管力：
油氣毛管力：
相對(duì)滲透率和毛管力是飽和度函數(shù)：
3. 三維三相滲流基本微分方程
Stone公式：

式中，  —— 束縛水飽和度
        ——油水兩相流動(dòng)時(shí)油相相對(duì)滲透率
        ——油氣兩相流動(dòng)時(shí)油相相對(duì)滲透率  
3. 三維三相滲流基本微分方程
流體PVT性質(zhì)
水相：            
氣相：                         （Z)   
油相：隨壓力變化，相態(tài)會(huì)發(fā)生變化。
    三相狀態(tài)：
    兩相狀態(tài)：

巖石的高壓物性
相滲曲線以及流體PVT性質(zhì)，以表格形式給出，
稱為靜態(tài)數(shù)據(jù)。

3. 三維三相滲流基本微分方程


實(shí)際求解變量
初始化輸入數(shù)據(jù)ljfinit.txt
3. 三維三相滲流基本微分方程
產(chǎn)量項(xiàng)（作源匯項(xiàng)處理）（動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)）

3. 三維三相滲流基本微分方程
其中，

   —— 在井基準(zhǔn)面深度   上的井底壓力。
   —— 節(jié)點(diǎn)等效泄油半徑。
   —— 井筒半徑。
△X，△Y，△Z—— 網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)x，y和z方向步長(zhǎng)
  PI叫采油指數(shù)，     通常寫成KH,可以直接輸入
4 .初邊值條件
4 .初邊值條件
外邊界
     封閉邊界:尖滅、斷層、圈閉
     流動(dòng)邊界：邊、底水
內(nèi)邊界，即井的生產(chǎn)條件
     定產(chǎn)邊界條件（rate constraint):給定產(chǎn)液量、產(chǎn)油量、產(chǎn)氣量、注水量、注氣量
     定壓邊界條件(pressure constraint):給定井底流壓

4 .初邊值條件
5.  網(wǎng)格系統(tǒng)
5.  網(wǎng)格系統(tǒng)
在一般情況下流動(dòng)方程求不出解析解，只能用離散化方法求數(shù)值解。
         離散化方法，首先要把求解區(qū)域按一定的網(wǎng)格系統(tǒng)進(jìn)行剖分。網(wǎng)格剖分方法有很多，像直角坐標(biāo)網(wǎng)格、徑向網(wǎng)格、角點(diǎn)網(wǎng)格、PEBI網(wǎng)格等。目前，商用軟件中大都采用矩形網(wǎng)格系統(tǒng)。離散化方法主要有：有限差分（Finite Difference)、有限元(Finite Element)以及流線法(Stream Line)。比較成熟的是有限差分方法。有限差分方法大多空間變量采用網(wǎng)格塊中心（Block Center)差分, 時(shí)間變量按向前差分方法。
5.網(wǎng)格系統(tǒng):矩形網(wǎng)格
5.網(wǎng)格系統(tǒng):徑向網(wǎng)格系統(tǒng)
5.網(wǎng)格系統(tǒng):角點(diǎn)網(wǎng)格
塊中心網(wǎng)格與角點(diǎn)網(wǎng)格的比較
5.網(wǎng)格系統(tǒng):塊中心網(wǎng)格的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)


模型被分為20×5×10個(gè)網(wǎng)格區(qū)域。
網(wǎng)格從（1，1，1）開(kāi)始向下傾斜。
各網(wǎng)格塊在X方向上是300ft，在Y方向上是1000ft。
層厚度從上至下分別是32，22，20，4，32，4，26，26，4，28ft
5.網(wǎng)格系統(tǒng):塊中心網(wǎng)格的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
--前20個(gè)TOPS定義網(wǎng)格 (1, 1, 1) 到 (20, 1, 1)
6855.000    6865.000 6875.000 6885.000 6895.000
6905.000 6915.000 6925.000 6935.000 6945.000
7005.000 7015.000 7025.000 7035.000 7045.000
7055.000 7065.000 7075.000 7085.000 7095.000
--下面20個(gè)TOPS定義網(wǎng)格 (1, 2, 1) 到 (20, 2, 1)
6930.000 6940.000 6950.000 6960.000 6970.000
6980.000 6990.000 7000.000 7010.000 7020.000
7080.000 7090.000 7100.000 7110.000 7120.000
7130.000 7140.000 7150.000 7160.000 7170.000
--下面20個(gè)TOPS定義網(wǎng)格 (1, 3, 1) 到 (20, 3, 1)
7030.000 7040.000 7050.000 7060.000 7070.000
7080.000 7090.000 7100.000 7110.000 7120.000
7180.000 7190.000 7200.000 7210.000 7220.000
7230.000 7240.000 7250.000 7260.000 7270.000
--下面20個(gè)TOPS定義網(wǎng)格 (1, 4, 1) 到 (20, 4, 1)
7130.000 7140.000 7150.000 7160.000 7170.000
7180.000 7190.000 7200.000 7210.000 7220.000
7280.000 7290.000 7300.000 7310.000 7320.000
7330.000 7340.000 7350.000 7360.000 7370.000
--下面20個(gè)TOPS定義網(wǎng)格 (1, 5, 1) 到 (20, 5, 1)
7205.000 7215.000 7225.000 7235.000 7245.000
7255.000 7265.000 7275.000 7285.000 7295.000
7355.000 7365.000 7375.000 7385.000 7395.000
7405.000 7415.000 7425.000 7435.000 7445.000
/ 這完成了第一層TOPS的定義
角點(diǎn)網(wǎng)格的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
--COORD
--此關(guān)鍵字定義坐標(biāo)線
--X1  Y1 Z1 X2 Y2 Z2
  0.  0. 6825.000 0. 0. 7023.000
  300.0000   0. 6835.000 300.0000 0. 7033.000
  600.0000  0. 6845.000 600.0000 0. 7043.000
  900.0000  0. 6855.000 900.0000 0. 7053.000
  1200.000  0. 6865.000 1200.000 0. 7063.000
..........  
/對(duì)于20 * 10 的網(wǎng)格模型, 需要21*11 條坐標(biāo)線，即 231條。-每一條坐標(biāo)線都用6個(gè)數(shù)來(lái)定義，所以關(guān)鍵字COORD包含有1386個(gè)數(shù)。
ZCORN
--這個(gè)關(guān)鍵字定義網(wǎng)格拐點(diǎn)的深度，數(shù)據(jù)按照X (或 R) 方向循環(huán)最快，然后是Y (或 THETA) 方向，最后是Z方向的順序排列。
6825.000 6835.000 6835.000 6845.000 6845.000
6855.000 6855.000 6865.000 6865.000 6875.000
6875.000 6885.000 6885.000 6895.000 6895.000
6905.000 6905.000 6915.000 6915.000 6925.000
6975.000 6985.000 6985.000 6995.000 6995.000
7005.000 7005.000 7015.000 7015.000 7025.000
7025.000 7035.000 7035.000 7045.000 7045.000
7055.000 7055.000 7065.000 7065.000 7075.000
.......................   
/ 對(duì)于1000個(gè)網(wǎng)格，需要 8000 個(gè)ZCORN值
--這些只是角點(diǎn)網(wǎng)格模型的數(shù)據(jù)體中很少的一部分
塊中心網(wǎng)格與角點(diǎn)網(wǎng)格的比較
非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格技術(shù)
傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)網(wǎng)格--即規(guī)則矩形剖分的網(wǎng)格,具有如下不足:
存在較嚴(yán)重的網(wǎng)格取向效應(yīng)
不能保證每口井都在網(wǎng)格中心
不能很好地描述油藏形態(tài)
粗細(xì)網(wǎng)格間的過(guò)渡銜接性差
研究新的網(wǎng)格技術(shù)勢(shì)在必行.
非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格技術(shù)
非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格技術(shù)(Unstructured Grids)
常用的非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格
各網(wǎng)格中心之間連線構(gòu)成三角網(wǎng)
PEBI網(wǎng)格（又叫垂直平分網(wǎng)格Perpendicular Bisectors):各三角形邊的垂直平分線構(gòu)成網(wǎng)格邊界
CVFE網(wǎng)格--控制體有限元網(wǎng)格(Control volume finite element):各三角形邊的中點(diǎn)與重心的連線構(gòu)成網(wǎng)格邊界
待解決的問(wèn)題
非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格條件下代數(shù)方程組的快速求解
5.網(wǎng)格系統(tǒng): PEBI網(wǎng)格
unstructured PEBI grids
Advanced Fault Modeling
非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格技術(shù) Channels can be modelled
2. 非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格技術(shù) (complex) faults



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lyn3506

好東西~~~謝謝分享~下了

棟極思靜

感謝樓主分享

wangjia81

這就是傳說(shuō)中的黑油模型啊！

1320647

需要好好看看