一种新型黑油、组分一体化混合数值模拟方法及装置

摘要

本发明涉及一种油藏模拟方法，特别是一种新型黑油、组分一体化混合数值模拟方法及装置，所述方法包括：将油藏划分为多个区域，所述多个区域至少包括组分区域和黑油区域；根据所述多个区域构建求解的统一矩阵；对所述统一矩阵进行求解。采用本申请的方法，可以在模拟时提供不同区块之间数据的实时交换，杜绝了区域之间流体的不连续性，还可提高了模拟的效率，增加了以后模拟器的扩展性。

说明书

技术领域

本发明涉及油藏模拟技术，更具体地，本发明涉及一种黑油、组 分一体化的油藏模拟方法及装置。

背景技术

油藏数值模拟技术在石油工业的应用起源于20世纪30年代，其 基础理论是基于达西渗流定律。油藏数值模拟是应用数学模型重现实 际的油藏动态，并通过流体力学的方法重现油田开发的实际过程。

1953年美国G..H.BUCE等人发表了《孔隙介质不稳定气体渗流 的计算》后，为用数值方法计算油气藏渗流问题开辟了道路。三十多 年来，由于大型快速电子计算机的迅速发展，大大地促进了数值模拟 方法的广泛应用。20世纪60年代初期研究了多维多相的黑油模型； 20世纪70年代初期研究了组分模型、混相模型和热力采油模型；20 世纪70年代末期研究各种化学驱油模型。目前，黑油、混相和热力 采油模型已经投入工业性应用，并已经成为商业性软件，化学驱油模 型也正日趋完善。

中国油气藏模拟软件的研发已有20年以上的历史，由于未能有 效地建立油藏模拟持续发展的体系、系统地建立模拟算法的核心技 术，目前国内三大石油公司主要依赖于引进的油气藏数值模拟软件。 国外软件在特定功能、模拟流程、模型数据等方面，常常不符合国内 复杂地质条件的特定需求，加之软件的使用难度和价格昂贵等因素， 在很大程度上限制了数值模拟技术在国内的广泛应用，中国石油企业 提高本国石油可采性和总产量的能力上受到了一定程度的限制。

而国外油藏数值模拟软件开发商均具有30年以上的技术积累， 掌握并垄断着诸多的模拟计算核心技术。许多计算处理技巧是在长期 的研发、服务、应用中逐步探索得到的，并未公开发表。但商业上流 行的通常是对不同类型的油藏开发出相应的模拟器，例如黑油模拟 器、组份模拟器、热采模拟器、化学驱模拟器、流线法模拟器等。

举例而言，斯伦贝谢ELIPSE油藏模拟软件中有ECLIPSE100黑 油模拟器、ECLIPSE300组份模拟器、FRONTSIM流线法等。其中， E100黑油模拟器，适用于黑油、挥发性油、干气、湿气等油藏。E300 组分模拟器，当相变化非常重要时使用组分模拟器适用于凝析气藏、 挥发性油藏、注气开发等油藏。E500热采模拟器，适用于包含油、 气、水三相的稠油热采。FrontSim流线模拟器，更快速的模拟流程、 流线的直观显示、减少建模的不确定性、减少历史拟合时间。

此外，还有CMG的IMEX黑油模拟、GEM的组分模拟、STARS 蒸汽驱热采化学驱模拟等；兰德马克的VIP-THERM热采模拟、 VIP-COMP组分模拟、VIP-POLYMER聚合物模拟、VIP-DUAL双孔 隙模拟等；SURE的SURESim主模拟器、SUREFrac裂缝型油藏等； GrandTM油藏模拟软件FAPMS凝胶调驱、FACS三元复合驱、FAPS 多种聚合物驱等。

然而，现有的油藏模拟技术均是依据单一的模型，故现有技术仍 然存在着改进的空间。

发明内容

考虑到上述存在的问题，本发明的目的之一在于提供一种可以同 时考虑黑油模型以及组分模型的油藏模拟技术方案。

根据本发明的一个方面，提供了一种油藏模拟方法，所述方法包 括：将油藏划分为多个区域，所述多个区域至少包括组分区域和黑油 区域；根据所述多个区域构建求解的统一矩阵；对所述统一矩阵进行 求解。

根据本发明的另一方面，提供了一种油藏模拟系统，所述系统包 括：划分装置，用于将油藏划分为多个区域，所述多个区域至少包括 组分区域和黑油区域；构建装置，用于根据所述多个区域构建求解的 统一矩阵；求解装置，用于对所述统一矩阵进行求解。

根据本发明所提供的方法或系统，可以在模拟时提供不同区块之 间数据的实时交换，杜绝了区域之间流体的不连续性，还可提高了模 拟的效率，增加了以后模拟器的扩展性。

附图说明

通过对结合附图所示出的实施方式进行详细说明，本发明的上述 以及其他特征将更加明显，本发明附图中相同的标号表示相同或相似 的部件。在附图中，

图1示出了适于用来实现本发明实施方式的示例性计算系统100 的框图。

图2示出了油藏的区域划分的一个示例。

图3示出了根据本发明一实施例的用于进行油藏模拟的方法流程 图。

图3A示出了根据本发明另一实施例的区域划分与矩阵构建的示 意图。

图4示出了根据本发明一实施例的用于油藏模拟的系统的框图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图通过实施方式对本发明提供的用于软件快

速配置的方法和系统进行详细地描述。

所属技术领域的技术人员知道，本发明的多个方面可以体现为系 统、方法或计算机程序产品。因此，本发明的多个方面可以具体实现 为以下形式，即，可以是完全的硬件、完全的软件(包括固件、驻留 软件、微代码等)、或者本文一般称为“电路”、“模块”或“系统”的软 件部分与硬件部分的组合。此外，本发明的多个方面还可以采取体现 在一个或多个计算机可读介质中的计算机程序产品的形式，该计算机 可读介质中包含计算机可用的程序码。

可以使用一个或多个计算机可读的介质的任何组合。计算机可读 介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可 读存储介质例如可以是——但不限于——电的、磁的、光的、电磁的、 红外线的、或半导体的系统、装置、器件或任何以上的组合。计算机 可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括以下：有一个或 多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器 (RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或 闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、 磁存储器件、或者上述的任何合适的组合。在本文件的语境中，计算 机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形的介质，该程序被 指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。

计算机可读的信号介质可包括在基带中或者作为载波一部分传 播的、其中体现计算机可读的程序码的传播的数据信号。这种传播的 信号可以采用多种形式，包括——但不限于——电磁信号、光信号或 任何以上合适的组合。计算机可读的信号介质可以是并非为计算机可 读存储介质、但是能发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置 或者器件使用或者与其结合使用的程序的任何计算机可读介质。计算 机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括—— 但不限于——无线、电线、光缆、RF等等，或者任何合适的上述组 合。

计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输， 包括——但不限于——无线、电线、光缆、RF等等，或者任何合适 的上述组合。

用于执行本发明的操作的计算机程序码，可以以一种或多种程序 设计语言的任何组合来编写，所述程序设计语言包括面向对象的程序 设计语言-诸如Java、Smalltalk、C++之类，还包括常规的过程式程 序设计语言-诸如“C”程序设计语言或类似的程序设计语言。程序码 可以完全地在用户的计算上执行、部分地在用户的计算机上执行、作 为一个独立的软件包执行、部分在用户的计算机上部分在远程计算机 上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在后一种情形中， 远程计算机可以通过任何种类的网络——包括局域网(LAN)或广域网 (WAN)-连接到用户的计算机，或者，可以(例如利用因特网服务提 供商来通过因特网)连接到外部计算机。

以下参照按照本发明实施例的方法、装置(系统)和计算机程序 产品的流程图和/或框图描述本发明的多个方面。要明白的是，流程图 和/或框图的每个方框以及流程图和/或框图中各方框的组合，都可以 由计算机程序指令实现。这些计算机程序指令可以提供给通用计算 机、专用计算机或其它可编程数据处理装置的处理器，从而生产出一 种机器，使得通过计算机或其它可编程数据处理装置执行的这些指 令，产生实现流程图和/或框图中的方框中规定的功能/操作的装置。

也可以把这些计算机程序指令存储在能指令计算机或其它可编 程数据处理装置以特定方式工作的计算机可读介质中，这样，存储在 计算机可读介质中的指令产生一个包括实现流程图和/或框图中的方 框中规定的功能/操作的指令装置(instruction means)的制造品。

也可以把计算机程序指令加载到计算机或其它可编程数据处理 装置上，使得在计算机或其它可编程数据处理装置上执行一系列操作 步骤，以产生计算机实现的过程，从而在计算机或其它可编程装置上 执行的指令就提供实现流程图和/或框图中的方框中规定的功能/操作 的过程。

下面参看图1。图1示出了适于用来实现本发明实施方式的示例 性计算系统100的框图。如所示，计算机系统100可以包括：CPU(中 央处理单元)101、RAM(随机存取存储器)102、ROM(只读存储 器)103、系统总线104、硬盘控制器105、键盘控制器106、串行接 口控制器107、并行接口控制器108、显示控制器109、硬盘110、键 盘111、串行外部设备112、并行外部设备113和显示器114。在这些 设备中，与系统总线104耦合的有CPU 101、RAM 102、ROM 103、 硬盘控制器105、键盘控制器106、串行控制器107、并行控制器108 和显示控制器109。硬盘110与硬盘控制器105耦合，键盘111与键 盘控制器106耦合，串行外部设备112与串行接口控制器107耦合， 并行外部设备113与并行接口控制器108耦合，以及显示器114与显 示控制器109耦合。应当理解，图1所述的结构框图仅仅为了示例的 目的而示出的，而不是对本发明范围的限制。在某些情况下，可以根 据具体情况而增加或者减少某些设备。

对于一个已经开采过一段时间的油藏，油藏内部属性会变得比较 复杂，如果整个油藏区域都采用组分，虽然可以进行模拟，但是计算 机耗时较大，而且对于以后的扩展也是不利的；即使采用将整个油藏 分开模拟，挥发油藏采用组分，黑油区域采用黑油模拟器，但是当整 个油藏的弛豫时间和每个区域的弛豫时间在一个量级时，这种做法也 是毫无精度可言的。

图2示出了油藏的区域划分的一个示例。在这个实施例中，至少 包括挥发油藏和黑油油藏，其中的黑油即常规油藏，即含有非挥发组 分的黑油和挥发性组分的原油溶解气两个系统。其中的挥发油藏，类 似于凝析气，但含有较多重质化合物组分，在地层条件下类似液体。 它的相包络线更宽，且此类油藏温度接近临界温度，所以挥发油藏也 称为近临界油藏。

在石油开采过程中，通常先开始利用地层压力进行衰竭式开采， 等压力降到一定程度之后，油藏开采率就会下降，这时就需要采用一 些其他技术来提高采收率。例如通常采用的注水开采就是为了提高地 层压力。其中混相驱的机理主要是对重油起到两个作用：一个是实现 油膨胀；另一个是降低油的粘度。混相驱可以注入CO2、N2、聚全 物，也可以注入干气来实现。

接下来介绍图3，图3所示的方法从步骤310开始，示出了根据 本发明一实施例的用于本申请的油藏模拟方法的流程图，可以实现组 分和黑油油藏混合同时模拟的技术方案。

在步骤310中，将油藏划分为多个区域，所述多个区域至少包括 组分区域和黑油区域。

在一个实施例中，通过步骤310，可以用于模拟以组分变化为主 要特征的油气田开发过程，同时兼容扩展型黑油模拟器的功能。从而 在对复杂油藏进行模拟时，可以同时应用到黑油和组分混合油藏的优 势。

黑油模型是模拟含有非挥发组分的黑油和挥发性组分的原油溶 解气两个系统在油藏中流动的数值模型，主要用于各种常规油藏，特 别是不发生反凝析现象的油藏模拟，通常用于油、气田开发方案的优 选、地下剩余油分布状况的分析和老油田的开发调整等等。在一个具 体的实施例中，应用黑油模型的黑油区域包括下述种类中的至少一 种：黑油、挥发性油、干气、湿气等油藏。

而组分模型可模拟含有多个高挥发性碳氢化合物在油藏中流动 的模型，主要用于凝析气藏、轻质油和挥发油藏的开发设计。在一个 具体的实施例中，应用组分模型的组分区域包括下述种类中的至少一 种：凝析气田、轻质油油田，挥发油藏，CO2注入区域，氮气注入 区域以及混相区等。

需要说明的是，组分区域和黑油区域的数目均可以是至少一个或 多个，本领域技术人员可以根据具体的情况设定不同的数目。

在步骤320中.根据所述多个区域构建求解的统一的矩阵。如下 图所示右边为生成的雅各比矩阵；

在本申请请的一个实施例中，在构建矩阵时，可将各区域网格中 相应的物理量按同种类型排序。

图3a示意图，将黑油区域的油藏放在矩阵的左上角，即将黑油 区域的网格排序在前面；将其与组分类型区域如图中所示B组分、C 和D区域的网格依次排列，进而生成该系数矩阵。

由于所生成的系数矩阵大多数为0元素，所以需要对该系数矩阵 进行特殊的处理，例如D4排序、双循环排序等，以使的所生成的系 数矩阵便于求解。

在步骤330中，对上述构建的统一矩阵进行求解。

然而，方程组求解技术并不是本申请发明的重点，所属领域技术 人员具体可采用如下方法之一：

其一，线性方程组求解。高斯(Gauss)消元法、简单迭代(Jacobi) 法、松弛迭代法、共轭梯度法等；

其二，非线性方程组求解。梯度法、拟牛顿法等。

其三，多重网格算法。多重网格算法是一种迭代方法，其原理是： 对于方程(组)求解时，误差的傅里叶变换之后各级的衰竭程度不同。 高频项是局域网格之间的相互耦合，是局部行为；而低频项来源于边 界条件，是全局行为。传统迭代方法，块松弛都是对局域的处理，对 于全局误差衰减较慢，误差趋于光滑。将边界信息传递至计算点需要 N量级的迭代，收敛速度非常慢。所以采用将网格方程的残值限定于 粗网络上。在粗网络上精确求解之后，在将解延拓至细网格上，与原 近似解组合得到网格新的近视解，这就是粗网格迭代矫正。粗网格格 点少，边界条件能较快传递至计算点，但是同样纯在高频与低频的误 差，可以通过进一步粗化网络，直到计算结果达到所需精度。

由于具体的矩阵求解方法是本领域技术人员熟知的技术，申请人 对此不加赘述。

通过构建以及求解的统一的矩阵，能够实现组分和黑油的线性区 域分解模拟，就能够得到模拟油藏方程中的变量结果，从而可以实现 并测试能够求解黑油与组分的混合油藏模型。

基于以上公开，本领域技术人员明了，图3所示出的油藏数值模 拟方法的应用范围至少包括如下各种具体的情形：

1.挥发油和凝析气自然衰竭开采；

2.凝析气藏的循环注干气计算；

3.挥发油和注气开发；

4.通过注贫气对残余油再蒸发开采；

5.凝析气田的注N2气开发；

6.油藏挥发油开发；

7.水驱油藏的混相驱开发；

8.黑油及天然气的开发模拟

图4示出了根据本发明一实施例的用于油藏模拟的系统的框图。 图4所示的系统包括：

划分装置410，用于将油藏划分为多个区域，所述多个区域至少 包括组分区域和黑油区域。

构建装置420，用于根据所述多个区域构建求解的统一矩阵。

求解装置430，用于对所述统一矩阵进行求解。本领域技术人员 应当理解，图4所示的系统中的装置410-430分别对应于图3所示的 方法中的步骤310-330，在此不再赘述。

采用本申请所提供的是一种可以实现组分和黑油油藏混合同时 模拟的技术方法，增加了以后模拟器的扩展性。可以实现黑油模型和 组分模型可以整合在一起同时模拟，即设计的算法能够实现组分和黑 油的线性区域分解模拟，初步实现并测试能够求解黑油与组分的混合 油藏模型。

附图中的流程图和框图，图示了按照本发明各种实施例的系统、 方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点 上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码 的一部分，所述模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于 实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的 实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发 生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们 有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的 是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框 的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实 现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

虽然以上结合具体实例，对本发明的利用远程应用处理本地文件 的系统及方法进行了详细描述，但本发明并不限于此。本领域普通技 术人员能够在说明书教导之下对本发明进行多种变换、替换和修改而 不偏离本发明的精神和范围。应该理解，所有这样的变化、替换、修 改仍然落入本发明的保护范围之内。本发明的保护范围由所附权利要 求来限定。