一種新型黑油、組分一體化混合數值模擬方法及裝置製造方法
2023-09-21 08:21:40 1
一種新型黑油、組分一體化混合數值模擬方法及裝置製造方法
【專利摘要】本發明涉及一種油藏模擬方法，特別是一種新型黑油、組分一體化混合數值模擬方法及裝置，所述方法包括：將油藏劃分為多個區域，所述多個區域至少包括組分區域和黑油區域；根據所述多個區域構建求解的統一矩陣；對所述統一矩陣進行求解。採用本申請的方法，可以在模擬時提供不同區塊之間數據的實時交換，杜絕了區域之間流體的不連續性，還可提高了模擬的效率，增加了以後模擬器的擴展性。
【專利說明】一種新型黑油、組分一體化混合數值模擬方法及裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及油藏模擬技術，更具體地，本發明涉及一種黑油、組分一體化的油藏模擬方法及裝置。
【背景技術】
[0002]油藏數值模擬技術在石油工業的應用起源於20世紀30年代，其基礎理論是基於達西滲流定律。油藏數值模擬是應用數學模型重現實際的油藏動態，並通過流體力學的方法重現油田開發的實際過程。
[0003]1953年美國G..H.BUCE等人發表了《孔隙介質不穩定氣體滲流的計算》後，為用數值方法計算油氣藏滲流問題開闢了道路。三十多年來，由於大型快速電子計算機的迅速發展，大大地促進了數值模擬方法的廣泛應用。20世紀60年代初期研究了多維多相的黑油模型；20世紀70年代初期研究了組分模型、混相模型和熱力採油模型；20世紀70年代末期研究各種化學驅油模型。目前，黑油、混相和熱力採油模型已經投入工業性應用，並已經成為商業性軟體，化學驅油模型也正日趨完善。
[0004]中國油氣藏模擬軟體的研發已有20年以上的歷史，由於未能有效地建立油藏模擬持續發展的體系、系統地建立模擬算法的核心技術，目前國內三大石油公司主要依賴於引進的油氣藏數值模擬軟體。國外軟體在特定功能、模擬流程、模型數據等方面，常常不符合國內複雜地質條件的特定需求，加之軟體的使用難度和價格昂貴等因素，在很大程度上限制了數值模擬技術在國內的廣泛應用，中國石油企業提高本國石油可採性和總產量的能力上受到了一定程度的限制。
[0005]而國外油藏數值模擬軟體開發商均具有30年以上的技術積累，掌握並壟斷著諸多的模擬計算核心技術。許多計算處理技巧是在長期的研發、服務、應用中逐步探索得到的，並未公開發表。但商業上流行的通常是對不同類型的油藏開發出相應的模擬器，例如黑油模擬器、組份模擬器、熱採模擬器、化學驅模擬器、流線法模擬器等。
[0006]舉例而言，斯倫貝謝ELIPSE油藏模擬軟體中有ECLIPSE100黑油模擬器、ECLIPSE300組份模擬器、FR0NTSIM流線法等。其中，ElOO黑油模擬器，適用於黑油、揮發性油、幹氣、溼氣等油藏。E300組分模擬器，當相變化非常重要時使用組分模擬器適用於凝析氣藏、揮發性油藏、注氣開發等油藏。E500熱採模擬器，適用於包含油、氣、水三相的稠油熱採。FrontSim流線模擬器，更快速的模擬流程、流線的直觀顯示、減少建模的不確定性、減少歷史擬合時間。
[0007]此外，還有CMG的MEX黑油模擬、GEM的組分模擬、STARS蒸汽驅熱採化學驅模擬等；蘭德馬克的VIP-THERM熱採模擬、VIP-COMP組分模擬、VIP-P0LYMER聚合物模擬、VIP-DUAL雙孔隙模擬等；SURE的SURESim主模擬器、SUREFrac裂縫型油藏等；GrandTM油藏模擬軟體FAPMS凝膠調驅、FACS三元複合驅、FAPS多種聚合物驅等。
[0008]然而，現有的油藏模擬技術均是依據單一的模型，故現有技術仍然存在著改進的空間。
【發明內容】
[0009]考慮到上述存在的問題，本發明的目的之一在於提供一種可以同時考慮黑油模型以及組分模型的油藏模擬技術方案。
[0010]根據本發明的一個方面，提供了一種油藏模擬方法，所述方法包括:將油藏劃分為多個區域，所述多個區域至少包括組分區域和黑油區域；根據所述多個區域構建求解的統一矩陣；對所述統一矩陣進行求解。
[0011]根據本發明的另一方面，提供了一種油藏模擬系統，所述系統包括:劃分裝置，用於將油藏劃分為多個區域，所述多個區域至少包括組分區域和黑油區域；構建裝置，用於根據所述多個區域構建求解的統一矩陣；求解裝置，用於對所述統一矩陣進行求解。
[0012]根據本發明所提供的方法或系統，可以在模擬時提供不同區塊之間數據的實時交換，杜絕了區域之間流體的不連續性，還可提高了模擬的效率，增加了以後模擬器的擴展性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]通過對結合附圖所示出的實施方式進行詳細說明，本發明的上述以及其他特徵將更加明顯，本發明附圖中相同的標號表示相同或相似的部件。在附圖中，
[0014]圖1示出了適於用來實現本發明實施方式的示例性計算系統100的框圖。
[0015]圖2示出了油藏的區域劃分的一個示例。
[0016]圖3示出了根據本發明一實施例的用於進行油藏模擬的方法流程圖。
[0017]圖3A示出了根據本發明另一實施例的區域劃分與矩陣構建的示意圖。
[0018]圖4示出了根據本發明一實施例的用於油藏模擬的系統的框圖。
【具體實施方式】
[0019]在下文中，將參考附圖通過實施方式對本發明提供的用於軟體快
[0020]速配置的方法和系統進行詳細地描述。
[0021]所屬【技術領域】的技術人員知道，本發明的多個方面可以體現為系統、方法或電腦程式產品。因此，本發明的多個方面可以具體實現為以下形式，即，可以是完全的硬體、完全的軟體(包括固件、駐留軟體、微代碼等)、或者本文一般稱為「電路」、「模塊」或「系統」的軟體部分與硬體部分的組合。此外，本發明的多個方面還可以採取體現在一個或多個計算機可讀介質中的電腦程式產品的形式，該計算機可讀介質中包含計算機可用的程序碼。
[0022]可以使用一個或多個計算機可讀的介質的任何組合。計算機可讀介質可以是計算機可讀信號介質或者計算機可讀存儲介質。計算機可讀存儲介質例如可以是一但不限於——電的、磁的、光的、電磁的、紅外線的、或半導體的系統、裝置、器件或任何以上的組合。計算機可讀存儲介質的更具體的例子(非窮舉的列表)包括以下:有一個或多個導線的電連接、可攜式計算機磁碟、硬碟、隨機存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、可擦式可編程只讀存儲器(EPR0M或快閃記憶體)、光纖、可攜式緊湊磁碟只讀存儲器(CD-ROM)、光存儲器件、磁存儲器件、或者上述的任何合適的組合。在本文件的語境中，計算機可讀存儲介質可以是任何包含或存儲程序的有形的介質，該程序被指令執行系統、裝置或者器件使用或者與其結合使用。
[0023]計算機可讀的信號介質可包括在基帶中或者作為載波一部分傳播的、其中體現計算機可讀的程序碼的傳播的數據信號。這種傳播的信號可以採用多種形式，包括——但不限於——電磁信號、光信號或任何以上合適的組合。計算機可讀的信號介質可以是並非為計算機可讀存儲介質、但是能發送、傳播或者傳輸用於由指令執行系統、裝置或者器件使用或者與其結合使用的程序的任何計算機可讀介質。計算機可讀介質上包含的程序代碼可以用任何適當的介質傳輸，包括——但不限於——無線、電線、光纜、RF等等，或者任何合適的上述組合。
[0024]計算機可讀介質上包含的程序代碼可以用任何適當的介質傳輸，包括一但不限於——無線、電線、光纜、RF等等，或者任何合適的上述組合。
[0025]用於執行本發明的操作的電腦程式碼，可以以一種或多種程序設計語言的任何組合來編寫，所述程序設計語言包括面向對象的程序設計語言-諸如Java、Smalltalk、C++之類，還包括常規的過程式程序設計語言-諸如「C」程序設計語言或類似的程序設計語言。程序碼可以完全地在用戶的計算上執行、部分地在用戶的計算機上執行、作為一個獨立的軟體包執行、部分在用戶的計算機上部分在遠程計算機上執行、或者完全在遠程計算機或伺服器上執行。在後一種情形中，遠程計算機可以通過任何種類的網絡一包括區域網(LAN)或廣域網(WAN)-連接到用戶的計算機，或者，可以(例如利用網際網路服務提供商來通過網際網路)連接到外部計算機。
[0026]以下參照按照本發明實施例的方法、裝置(系統)和電腦程式產品的流程圖和/或框圖描述本發明的多個方面。要明白的是，流程圖和/或框圖的每個方框以及流程圖和/或框圖中各方框的組合，都可以由電腦程式指令實現。這些電腦程式指令可以提供給通用計算機、專用計算機或其它可編程數據處理裝置的處理器，從而生產出一種機器，使得通過計算機或其它可編程數據處理裝置執行的這些指令，產生實現流程圖和/或框圖中的方框中規定的功能/操作的裝置。
[0027]也可以把這些電腦程式指令存儲在能指令計算機或其它可編程數據處理裝置以特定方式工作的計算機可讀介質中，這樣，存儲在計算機可讀介質中的指令產生一個包括實現流程圖和/或框圖中的方框中規定的功能/操作的指令裝置(instruction means)的製造品。
[0028]也可以把電腦程式指令加載到計算機或其它可編程數據處理裝置上，使得在計算機或其它可編程數據處理裝置上執行一系列操作步驟，以產生計算機實現的過程，從而在計算機或其它可編程裝置上執行的指令就提供實現流程圖和/或框圖中的方框中規定的功能/操作的過程。
[0029]下面參看圖1。圖1示出了適於用來實現本發明實施方式的示例性計算系統100的框圖。如所示，計算機系統100可以包括:CPU(中央處理單元)101、RAM(隨機存取存儲器)102、ROM (只讀存儲器)103、系統總線104、硬碟控制器105、鍵盤控制器106、串行接口控制器107、並行接口控制器108、顯示控制器109、硬碟110、鍵盤111、串行外部設備112、並行外部設備113和顯示器114。在這些設備中，與系統總線104耦合的有CPU IOU RAM102,ROM 103、硬碟控制器105、鍵盤控制器106、串行控制器107、並行控制器108和顯示控制器109。硬碟110與硬碟控制器105耦合，鍵盤111與鍵盤控制器106耦合，串行外部設備112與串行接口控制器107耦合，並行外部設備113與並行接口控制器108耦合，以及顯示器114與顯示控制器109耦合。應當理解，圖1所述的結構框圖僅僅為了示例的目的而示出的，而不是對本發明範圍的限制。在某些情況下，可以根據具體情況而增加或者減少某些設備。
[0030]對於一個已經開採過一段時間的油藏，油藏內部屬性會變得比較複雜，如果整個油藏區域都採用組分，雖然可以進行模擬，但是計算機耗時較大，而且對於以後的擴展也是不利的；即使採用將整個油藏分開模擬，揮髮油藏採用組分，黑油區域採用黑油模擬器，但是當整個油藏的弛豫時間和每個區域的弛豫時間在一個量級時，這種做法也是毫無精度可言的。
[0031]圖2示出了油藏的區域劃分的一個示例。在這個實施例中，至少包括揮髮油藏和黑油油藏，其中的黑油即常規油藏，即含有非揮發組分的黑油和揮發性組分的原油溶解氣兩個系統。其中的揮髮油藏，類似於凝析氣，但含有較多重質化合物組分，在地層條件下類似液體。它的相包絡線更寬，且此類油藏溫度接近臨界溫度，所以揮髮油藏也稱為近臨界油藏。
[0032]在石油開採過程中，通常先開始利用地層壓力進行衰竭式開採，等壓力降到一定程度之後，油藏開採率就會下降，這時就需要採用一些其他技術來提高採收率。例如通常採用的注水開採就是為了提高地層壓力。其中混相驅的機理主要是對重油起到兩個作用:一個是實現油膨脹；另一個是降低油的粘度。混相驅可以注入C02、N2、聚全物，也可以注入幹氣來實現。
[0033]接下來介紹圖3，圖3所示的方法從步驟310開始，示出了根據本發明一實施例的用於本申請的油藏模擬方法的流程圖，可以實現組分和黑油油藏混合同時模擬的技術方案。
[0034]在步驟310中，將油藏劃分為多個區域，所述多個區域至少包括組分區域和黑油區域。
[0035]在一個實施例中，通過步驟310，可以用於模擬以組分變化為主要特徵的油氣田開發過程，同時兼容擴展型黑油模擬器的功能。從而在對複雜油藏進行模擬時，可以同時應用到黑油和組分混合油藏的優勢。
[0036]黑油模型是模擬含有非揮發組分的黑油和揮發性組分的原油溶解氣兩個系統在油藏中流動的數值模型，主要用於各種常規油藏，特別是不發生反凝析現象的油藏模擬，通常用於油、氣田開發方案的優選、地下剩餘油分布狀況的分析和老油田的開發調整等等。在一個具體的實施例中，應用黑油模型的黑油區域包括下述種類中的至少一種:黑油、揮發性油、幹氣、溼氣等油藏。
[0037]而組分模型可模擬含有多個高揮發性碳氫化合物在油藏中流動的模型，主要用於凝析氣藏、輕質油和揮髮油藏的開發設計。在一個具體的實施例中，應用組分模型的組分區域包括下述種類中的至少一種:凝析氣田、輕質油油田，揮髮油藏，C02注入區域，氮氣注入區域以及混相區等。
[0038]需要說明的是，組分區域和黑油區域的數目均可以是至少一個或多個，本領域技術人員可以根據具體的情況設定不同的數目。
[0039]在步驟320中.根據所述多個區域構建求解的統一的矩陣。如下圖所示右邊為生成的雅各比矩陣；
[0040]在本申請請的一個實施例中，在構建矩陣時，可將各區域網格中相應的物理量按同種類型排序。
[0041]圖3a示意圖，將黑油區域的油藏放在矩陣的左上角，即將黑油區域的網格排序在前面；將其與組分類型區域如圖中所示B組分、C和D區域的網格依次排列，進而生成該係數矩陣。
[0042]由於所生成的係數矩陣大多數為O元素，所以需要對該係數矩陣進行特殊的處理，例如D4排序、雙循環排序等，以使的所生成的係數矩陣便於求解。
[0043]在步驟330中，對上述構建的統一矩陣進行求解。
[0044]然而，方程組求解技術並不是本申請發明的重點，所屬領域技術人員具體可採用如下方法之一:
[0045]其一，線性方程組求解。高斯(Gauss)消元法、簡單迭代(Jacobi)法、鬆弛迭代法、共軛梯度法等；
[0046]其二，非線性方程組求解。梯度法、擬牛頓法等。
[0047]其三，多重網格算法。多重網格算法是一種迭代方法，其原理是:對於方程(組)求解時，誤差的傅立葉變換之後各級的衰竭程度不同。高頻項是區域網格之間的相互耦合，是局部行為；而低頻項來源於邊界條件，是全局行為。傳統迭代方法，塊鬆弛都是對局域的處理，對於全局誤差衰減較慢，誤差趨於光滑。將邊界信息傳遞至計算點需要N量級的迭代，收斂速度非常慢。所以採用將網格方程的殘值限定於粗網絡上。在粗網絡上精確求解之後，在將解延拓至細網格上，與原近似解組合得到網格新的近視解，這就是粗網格迭代矯正。粗網格格點少，邊界條件能較快傳遞至計算點，但是同樣純在高頻與低頻的誤差，可以通過進一步粗化網絡，直到計算結果達到所需精度。
[0048]由於具體的矩陣求解方法是本領域技術人員熟知的技術， 申請人:對此不加贅述。
[0049]通過構建以及求解的統一的矩陣，能夠實現組分和黑油的線性區域分解模擬，就能夠得到模擬油藏方程中的變量結果，從而可以實現並測試能夠求解黑油與組分的混合油藏模型。
[0050]基於以上公開，本領域技術人員明了，圖3所示出的油藏數值模擬方法的應用範圍至少包括如下各種具體的情形:
[0051]1.揮髮油和凝析氣自然衰竭開採；
[0052]2.凝析氣藏的循環注幹氣計算；
[0053]3.揮髮油和注氣開發；
[0054]4.通過注貧氣對殘餘油再蒸發開採；
[0055]5.凝析氣田的注N2氣開發；
[0056]6.油藏揮髮油開發；
[0057]7.水驅油藏的混相驅開發；
[0058]8.黑油及天然氣的開發模擬
[0059]圖4示出了根據本發明一實施例的用於油藏模擬的系統的框圖。圖4所示的系統包括:
[0060]劃分裝置410，用於將油藏劃分為多個區域，所述多個區域至少包括組分區域和黑油區域。
[0061]構建裝置420，用於根據所述多個區域構建求解的統一矩陣。
[0062]求解裝置430，用於對所述統一矩陣進行求解。本領域技術人員應當理解，圖4所示的系統中的裝置410-430分別對應於圖3所示的方法中的步驟310-330，在此不再贅述。
[0063]採用本申請所提供的是一種可以實現組分和黑油油藏混合同時模擬的技術方法，增加了以後模擬器的擴展性。可以實現黑油模型和組分模型可以整合在一起同時模擬，即設計的算法能夠實現組分和黑油的線性區域分解模擬，初步實現並測試能夠求解黑油與組分的混合油藏模型。
[0064]附圖中的流程圖和框圖，圖示了按照本發明各種實施例的系統、方法和電腦程式產品的可能實現的體系架構、功能和操作。在這點上，流程圖或框圖中的每個方框可以代表一個模塊、程序段、或代碼的一部分，所述模塊、程序段、或代碼的一部分包含一個或多個用於實現規定的邏輯功能的可執行指令。也應當注意，在有些作為替換的實現中，方框中所標註的功能也可以以不同於附圖中所標註的順序發生。例如，兩個接連地表示的方框實際上可以基本並行地執行，它們有時也可以按相反的順序執行，這依所涉及的功能而定。也要注意的是，框圖和/或流程圖中的每個方框、以及框圖和/或流程圖中的方框的組合，可以用執行規定的功能或操作的專用的基於硬體的系統來實現，或者可以用專用硬體與計算機指令的組合來實現。
[0065]雖然以上結合具體實例，對本發明的利用遠程應用處理本地文件的系統及方法進行了詳細描述，但本發明並不限於此。本領域普通技術人員能夠在說明書教導之下對本發明進行多種變換、替換和修改而不偏離本發明的精神和範圍。應該理解，所有這樣的變化、替換、修改仍然落入本發明的保護範圍之內。本發明的保護範圍由所附權利要求來限定。
【權利要求】
1.一種油藏模擬方法，所述方法包括: 將油藏劃分為多個區域，所述多個區域至少包括組分區域和黑油區域； 根據所述多個區域構建求解的統一矩陣； 對所述統一矩陣進行求解。
2.如權利要求1所述的方法，其中，所述組分區域包括下述種類中的至少一種: 揮髮油藏，貧氣注入區域和氮氣注入區域。
3.如權利要求1所述的方法，其中，所述黑油區域包括下述種類中的至少一種: 黑油、揮發性油、幹氣、溼氣等油藏。
4.如權利要求1所述的方法，其中，所述矩陣是雅可比矩陣。
5.如權利要求1所述的方法，其中，所述矩陣求解採用迭代法或直接法。
6.—種油 藏模擬系統,所述系統包括: 區域劃分裝置，用於將油藏劃分為多個區域，所述多個區域至少包括組分區域和黑油區域； 矩陣構建裝置，用於根據所述多個區域構建求解的統一矩陣； 矩陣求解裝置，用於對所述統一矩陣進行求解。
7.如權利要求6所述的方法，其中，所述組分區域包括下述種類中的至少一種: 揮髮油藏，貧氣注入區域和氮氣注入區域。
8.如權利要求6所述的方法，其中，所述黑油區域包括下述種類中的至少一種: 黑油、揮發性油、幹氣、溼氣等油藏。
9.如權利要求6所述的方法，其中，所述矩陣是雅可比矩陣。
10.如權利要求6所述的方法，其中，所述矩陣求解採用迭代法或直接法。
【文檔編號】G06F17/50GK103902752SQ201210575347
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2012年12月27日 優先權日:2012年12月27日
【發明者】李治平, 吳俊鵬, 賴楓鵬, 王玉楓, 溫靖, 劉威 申請人:中國地質大學（北京）