数值模拟方法在剩余油分布研究中的应用

李健

摘要：油藏中的原油，经过多次不同方式的开采之后，仍然保存在油藏之中的原油即为剩余油。剩余油开采难度较大，但作为中后期油田提高产能的可靠途径，是不少油田企业必须面临的问题之一。本文简要讨论了剩余油研究的现状，希望可供研究人员参考。

关键词：剩余油;分布;影响因素;数值模拟

以往在油田开发、动态分析、方案编制等工作中，主要应用原始的测试等资料，采用油藏工程常规方法分析潜力、拟定措施，这种定性研究难以满足油田特高含水期精细分析、精细挖潜的要求。而油藏数值模拟技术就是一种更快速、更直观、信息处理更加迅速进行油藏精细描述、油藏定性评价的一种手段，对剩余油分布等研究达到量化描述水平，为油田特高含水期的精细挖潜提供有利条件。剩余油研究，作为中后期提高油田产能的可靠途径，备受研究者关注。简要分析了影响剩余油分布的两个因素：地质因素与开发因素，同时对剩余油分布研究中的方法，结合实例进行了简单探讨。最后对数值模拟研究结果的不确定性进行了讨论，以提升数值模拟方法的精度。

1.剩余油分布的影响因素

1.1地质因素

沉积微相的展布是控制油水平面运动的主要因素。研究发现，剩余油分布因素主要为以下几点：1）空间中的砂体几何展布形态。砂体顶--底界面的起伏形态、油层的构造控制着剩余油的形成分布，除此之外，还影响着油井的生产。2）存在着不同的微相物性。不同的微相物性之间存在差异，此种差异会影响油井的生产能力。3）砂体内部结构。砂体内部结构呈现出向上的韵律性。研究发现，在正韵律的油层顶部易形成剩余油富集，在反韵律油层的底部易形成剩余油富集，在复合韵律层垂直向上会出现渗透段，易形成剩余油富集。

1.2开发因素

1）井网分布不均匀。对于整个开采区没有分层系开采，而是采用一个井网，这种情况会引起层位井网的不均匀，容易形成剩余油。当井网分布不均匀时，一些油藏区域中分布有井网，一些油藏区域无分布井网，则这些无井网油藏区域会存在较多的剩余油。

2）开采区域各地层段的渗透率。在多层开采的前提下，地层各段的渗透率不同，则会影响启动压差。若在同一个启动压差下工作，低渗透层会出现不动用现象，形成剩余油富集。

3）相带与注采井之间的配置关系。在进行注水层选择时，要考虑沉积微相展布。注水层是由不同相带的砂体组成，因此各层的渗透率不尽相同，各层之间的吸水能力也有所差异。

4）有采油井无注水井的区域。油藏中的原油经过一段时间的开采后，地层压力下降，若无注水井进行增压，则剩余油无法开采出来，因此会形成剩余油富集的死油区。有注水井无开采井的区域，由于没有生产，该区域的地层压力将会维持不变，但注水井的吸水能力较低。对于无注水井无开采井的情况，由于储层没有被使用，剩余油的饱和度不会发生变化。

2.数值模拟方法在剩余油分布研究中的应用

对于油田企业来讲，开展剩余油研究的目的就是为了更好地开发资源，而其中的关键一步就是要掌握剩余油在空间上的分布情况。就目前来看，进行剩余油研究的方法有多种，主要包括地质方法、油藏工程、试井以及数值模拟方法、室内试验等。而油藏的数值模拟方法是剩余油研究中应用最为广泛的方法之一。相比于其他研究方法，该方法具备操作简便，节省资源等优点，因此在剩余油研究方面有着多重优势。学者们也使用该方法进行过多次剩余油分布研究，郭鸣黎利用数值模拟方法对复杂断块油田进行剩余油分布特性研究，研究成果在该区块的开发中取得了不错的效果。张彦辉等使用该方法对大庆油田三类油层聚合物进行了模拟研究，获得了剩余油在不同时间段内的分布情况，为日后的开采提供了便利。该方法的最大特点为可以定量预测剩余油的分布特性，具有强大的功能，但仍然存在着些弱点，除了受制于研究者的经验和水平之外，研究结果还容易受到数据准确性的影响。

3.研究结果不确定性探讨

油藏数值模拟方法是在研究过程中通过计算机协助，依托油藏地质模型、数值模型以及渗流数学物理方程来表征油水运动规律和剩余油分布特性的一种方法。由于该方法在各个环节都有可能存在不确定性，所以需要进一步探讨。

3.1数据收集过程中的不确定性

在进行地质建立模型和油藏的数值模拟过程中，需要收集该油藏的完整实际的井位数据、测井数据、地质研究数据、油藏物性化验分析数据、井措施、生产数据以及监测数据等，从而更加精确的进行数据建模。但这些数据存在着先天性的误差，比如，设备的测量误差和人为的测量误差等。除此之外，还存在着多解性的可能，将会从根本上导致原始油水分布数据的不确定性，从而导致数值模拟方法针对剩余油分布特性预测的准确性。

3.2地质模型的不确定性

完全随机模拟技术是传统的三维建模中常见的方法之一。随着对精确度提出了更高的要求，得益于科学技术的发展。现在常用的建模方法会以前期多收集的数据为主约束，例如，沉积相、地震、岩相、砂体的展布形态等，之后利用软件中自带的随机算法进行“半确定性”建模方法。由此看出，“半确定性”建模方法对前期数据的准确性要求更高。除此之外，油藏构造的不同会严重影响建立模型的精度，构造比较复杂的地层建模的复杂性与特殊性，都会使三维地质建模的不确定性大大增加，会给之后的研究工作带来难题。

3.3建模及数值模拟软件的不确定性

在将地质三维模型搭建后，需要利用专业软件进行数值模拟。进行数值模拟的中心思想便是将实际的油藏抽象化，并通过网格划分，求解计算来动态模拟油藏中油水的渗流过程。在模拟过程中，每个网格被赋予一套油藏数据值，每个网格可被视为一个均质体。之后通过微分均匀模型来实现宏观上的油藏非均匀性。但是在实际中，油藏模型是一个绝对的非均质模型，因此通过上述方法来进行数值模拟大大减弱了油藏的非均质性，降低了数值模拟的精度。

该过程中的数值模型是利用差分，将数学物理模型转换为动态参数关系的代数方程组，使本来在时间与空间上连续的数学模型变为不连续的数学模型，这样一来，可能会造成数值弥散，且数值模型的近似程度与差分格式等有关，这些都是客观上无法避免的误差。因此以上因素均会影响油藏数值模拟的精确度。

3.4数值模拟历史拟合精度的不确定性

除了以上三个不确定因素外，油藏数值模历史拟合也是影响精度的一大因素。历史拟合需要对整个油藏储量、地层数据、产油量、产水量以及单井产量等进行拟合，拟合精度会影响剩余油分布特性研究的精确度。

4.结论与认识

油藏数值模拟已成为油田开发研究、解决油田开发决策问题的强有力的工具，在衡量油田开发效果的好坏，预测投资，对比油田开发方案，评价提高采收率方法等方面应用极为广泛。剩余油分布特性一直是研究者在油田中后期开发过程中的重点关注内容。经过多年发展，油藏数值模拟方法逐渐成为被广泛应用的方法之一。该法与其他方法相比具备多重优势，但仍存在些不足，主要体现在数值模拟的精度方面。因此在使用该法进行研究时，要注意建模的合理性以及数据的准确性，减少不确定性，从而降低剩余油开采中的风险。

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