CMG软件组分模型操作手册.docx

CMG软件组分模型操作手册.docx

《CMG软件组分模型操作手册.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《CMG软件组分模型操作手册.docx（206页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

CMG软件组分模型操作手册

组分模型用户指南和相态平衡计算

组分模型GEM使用指南

前言

GEM是CMG的高级通用状态方程组分模拟器，它包括诸如状态方程、双孔、CO2、混相气、挥发油、凝析气、水平井、井的管理、复杂相态等等选择。

GEM用来模拟一次和二、三次采油过程的油藏流体组分效果。

该用户手册介绍了注气机理、方程和求解技术。

该手册面向油藏工程师，帮助设计二、三次采油的注气过程，它需要油藏工程的一些基本知识，也需要对数值模拟有一些了解。

GEM概述

在提高采收率项目，包括注气或注溶解剂中，其过程可以混相或者非混相，它取决于入流体和油藏油的组成，还取决于油藏压力和温度。

例如，富气驱、高压气驱、CO2驱和凝析气藏的循环注气。

其模拟需要热力学和流体流动的特殊处理。

GEM是一有效的多维状态方程组分模拟器，它可模拟全部混相注气的重要机理，即油的蒸发和膨胀、气凝析、粘度和界面张力降低，通过多次接触形成混相溶解剂段塞。

自适应隐式公式

GEM可以显式、全隐式和自适应隐式三种方式运行。

在大多数情形下，只有很少量的网格需要全隐式求解。

大多数网格可以显式求解。

自适应隐式方法在计算中动态选择网格的隐式度，它对于井筒附近的锥进，或非常薄层的层状油藏非常有用。

使用自适应隐式方式，可以比全隐式节约三分之一到一半计算时间，而时间步可以和全隐式方法一样长。

用户选择全隐式格块，GEM然后进一步动态选择隐式格块。

双孔隙度／双渗透率

双孔模型将裂缝油藏的孔隙空间分为两部分：

主孔隙和次孔隙。

主孔隙（基岩）表示岩块基质中小的粒间孔隙，次孔隙（裂缝）由裂缝、结点、孔洞组成。

双孔模型以一个油藏体积由两种介质表示为特征。

具有较大存贮性的裂缝，是流体流动的主要通道，而基质则为存贮空间。

在GEM中，可指定简单的双孔模型。

每个单元都分一基质和裂缝形状因子。

在这种情况下，基质和裂缝之间的交换项处于半稳态流动。

除双孔模型以外，还可指定双渗模型，该模型假定相邻基岩块之间存在流体流动。

在基质、基质之间质量交换不能忽略的情况下有用，例如气油重力驱占主要地位的情况。

状态方程

GEM使用Peng-Robinson或Soave-Redlich-Kwong状态方程预测油相和气相的相平衡组成和密度，应用Jossi,Stiel和Thodos方程预测油和气的粘度。

闪蒸计算

拟牛顿逐次替换法QNSS用于求解闪蒸计算的非线性方程，以Gibbs能量分析为基础的稳定性测试监测单相状态。

复杂油藏

油藏定义关键字用来描述油藏，网格可以是可变厚度—可变深度型，也可以是角点类型，断层也是可以定义的。

可支持笛卡尔坐标和径向网格。

拟组分选择

拟组分（流动组分）可有效模拟一次接触混相过程和其它单相流体系统。

全隐式井

井可以完善的方式求解，井底流压和完井段的格块变量以全隐式方式求解。

如果完井段不止一个层，其井底流压以完全对耦的方法求解，即考虑所有完井段。

这个可以解决典型层状油藏中多完井段井的收敛问题。

而且在GEM中，复杂的井控制性能是千变万化的。

可输入各种约束条件（最大井底或井口压力、最小井底和井口压力、最大产量、最小产量、最大气油比、最小气油比等）。

当违反其中一条约束条件时，用户可指定另一新的约束条件。

气循环选择允许对组分进行剥离，可附加补充气到循环气流中。

矩阵求解方法

GEM使用AIMSOL，它是一优秀的线性求解程序，基于不完全高斯消去法。

AIMSOL尤其针对自适应隐式雅可比矩阵而开发。

油藏初始比

初始油藏条件可给定气油和油水界面深度。

流体组成可随深度而改变，油藏温度也可随深度呈线性变化。

水区模型

水层可以另增加仅有水的边界单元，或使用Carter—Tracy水层模型模拟。

前者用于水体大小和位置已知，而附加的水体网格又相对小的情况。

后者一般用于水体较大或未知，

希望近似计算水侵量，而附加水体网格不可行的情况。

单位：

SI或矿场单位

模拟结果文件

GEM产生SRF格式，第二代模拟结果文件*IRF和*MRF文件。

结果文件可用于二维和三维可视化软件，也可用于动态曲线图输出。

GEM入门

概述

+---------+

||------->.OUT（输出）

||

||------->.IRF（索引）

数据文件--->|GEM|

||------->.MRF（主）

||

||------->.RRF（可回绕）

+---------+（可选择）

如果希望重启，需要其它几个存在的文件，同时产生另外三个文件，如下：

+---------+

数据文件--->||------->.OUT（输出）

||

INPUT.IRF-->||------->.IRF（索引）

|GEM|

INPUT.MRF-->||------->.MRF（主）

||

INPUT.RRF-->||------->.RRF（可回绕）

（可选择）+---------+（可选择）

关键字输入部分数据组

a）七个不同组

b）数据组应遵循确定的顺序

I／O控制

油藏描述

组分特性

岩石—流体数据

初始条件

数值方法控制

井数据和循环数据

怎样建立数据文件注释

a）*TITLE1

b）*TITLE2

c）*TITLE3

d）*CASEID

这四个关键字都必须在输入／输出控制部分。

这四个关键字是可选的，并可以去掉。

但是，它们对于辨别不同数据文件很有用。

至少应使用一行标题。

全部标题和标识必须包含在单引号之内。

*TITLE1和*CASEID均在模拟结果文件中使用，该文件用来产生模拟的图形。

*TITLE1可以有40个字符，*TITLE2和*TITLE3每个可有80个字符。

*CASEID最多8个字符。

也可使用两个关键字标识符即‘**’插入注释，注释可以出现在数据文件任何地方。

例：

*TITLE1

‘SimulationRun＃1—1989—01—23’

*TITLE2

‘DualporosityproblemusingtheMINCoption’

*TITLE3

‘Thisisa12×12×10Cartesiangridsystem’

*CASEID‘Run1’

**注释部分

怎样重启

什么是重启文件？

重启文件是一个二进制文件，初始数据和主要变量按用户指明频率写入，写重启文件是可选择的。

为什么需要重启？

有以下几点理由：

a）做敏感性分析或历史模拟

b）修改井定义

c）在运行一大的长作业之前，做一短的模拟运行，看结果是否满意。

d）在随后的运行中节约运行时间。

例如，当完成一模拟运行而且初步结果看起来不错，则需做预测运行。

因为已经由前次运行创建一重启文件，则可以选取一中间时间步重启运行。

模拟器不需从初始日期启动运行，可以在选择的时间步继续运行。

怎样做一重启？

重启记录是可选的。

如果需要做重启运行，则要在前次运行时产生。

使用*WRST或*RESTART创建重启文件，它们必须位于输入／输出控制部分。

然而，当井工作制度改变时*WRST可出现在井数据部分，*WRST指示写重启记录的频率。

*RESTART表示当前模拟运行是一重启运行。

如希望在最后一个时间步开始，则*RESTART后留空，这是缺省值，否则，输入时间步数。

例：

*RESTART30

*WRST10

当做重启时：

a）不改变原始油藏数据，但在输入／输出控制部分加一*RESTART关键字。

b）增加最大时间步数，如果必要，删除*MAXSTEPS。

c）需要附加输入文件：

输入重启文件和输入模拟结果文件。

这些文件在前次运行期间产生。

d）需要新的一组输出文件名。

控制输出打印文件内容

控制输出打印文件内容，使用：

a）*WPRN

b）*OUTPRN

这些关键字可以出现在输入／输出控制部分，其参数也可在随后井数据部分修改。

*WPRN表示写网格块数据、井数据和数值方法控制数据的频率。

如果不希望输出网格或井数据，则频率置零。

例如：

*WPRN*WELL0

*WPRN*GRID0

如果将这两个关键字删除，其缺省选择为每一次井变化时打印。

这种打印控制会产生一个非常大的输出打印文件，会很快占满计算机的可用空间。

*OUTPRN限制打印什么样的油藏信息和井信息。

详细的网格信息和流体性质数据可使用*OUTPRN*RES产生。

控制模拟结果文件内容

模拟结果文件（SRF）是模拟运行期间产生的数据文件。

SRF文件由图形和控制系统读入，产生绘图输出。

为控制SRF的内容，使用：

a）*WSRF

b）*OUTSRF

这两个关键字一般首次出现在输入／输出控制部分。

*WSRF表示写网格数据和井数据的频率。

如果不希望网格数据或井数据输出，则输出频率置零。

网格系统描述

描述网格系统，使用：

a）*GRID

b）*KDIR

描述网格长度，使用

c）*DI

d）*DJ

e）*DK

描述油藏深度和倾角，使用

f）*DEPTH

g）*DIP

或

h）*DTOP

在以上关键字中，只有*KDIR和*DIP完全可选，并可以从数据集中删除。

上述列出的关键字必须在油藏描述部分。

*GRID必须是这一部分的第一个关键字。

*GRID表示网格系统类型，有四种选择：

直角坐标、变深度／变厚度、径向井筒和角点网格。

其中每个均要求I，J，K方向网格块数目：

例如：

*GRID*CART10106

*GRID*VARI10106

*GRID*RADIAL10115

*GRID*CORNER10106

第一个为标准直角坐标10×10×6，第二个为变深度／变厚度网格10×10×6，第三个为径向网格，最后一个为角点网格。

*KDIR定义Z轴的方向，缺省值为*UP,第一层为最底层。

死结点

定义死结点有两种方法

a）*NULL

b）*POR

两种关键字都必须出现在油藏描述部分。

在数据集中必须有*POR，但*NULL可选。

当用*NULL关键字表示无效网格时，0表示无效网格，1表示有效网格，例如：

*NULL*IJK

1∶101∶101∶31

1∶41∶31∶30

第二行覆盖第一行。

*NULL是可选的，如果不出现，则假定全部网格均为有效网格。

*NULL关键字覆盖*POR关键字。

即使给一网格赋予非零孔隙度，而在*NULL关键字中赋给零值，则该网格在流动计算中也不予考虑。

上述例子也可以下列形式表示：

例如：

*POR*IJK

1∶101∶101∶30.3

1∶41∶31∶30.0

双孔隙度／双渗透率

调用双孔／双渗选择，可以使用（只能选一个）：

a）*DUALPOR

b）*DUALPERM

除裂缝介质标准网格信息外，还需输入：

c）*DIFRAC

d）*DJFRAC

e）*DKFRAC

f）*TRANSFER

在组分性质部分，还可以指定：

g）*DIFFUSION

孔隙度值需要对基质和裂缝输入

例：

*POR*MATRIX*IJK

1∶101∶101∶310.3

1∶41∶31∶30.0

*POR*FRACTURE*IJK

1∶101∶101∶30.0

87∶91∶20.4

*MOD

87∶81＝0.45

水层选择

水层模型如下：

a）*AQUIFER

b）*AQPROP

c）*AQFUNC

步长过小或运行时间过长问题

收敛失败可能由于：

a）内迭代收敛失败；

b）牛顿收敛失败导致时间步截短；

c）物质平衡误差。

如果在输出文件中发现“迭代不收敛”频繁出现，那么可以：

1减小时间步长。

将*DTMAX改小，或用*NORM*PRESS和*NORM*SATUR减小每个时间步的改变量。

2用关键字*ITERMAX增加迭代次数。

3使用*SDEGREE增加因子分解度。

注意：

这个方法增加了存贮需求。

如果问题原因是最大改变量，则若出现不频繁，问题不大。

如果时间步大量重复出现，那么，应采取以下措施：

4检查岩石和PVT曲线是否出现非线性，该曲线应当平滑。

5检查网格和其他性质。

6检查井的限制。

一个有效的办法是对每一注入井总是指定一最大井底压力，对每一生产井总是指定一最小井底压力。

7如果不收敛由于超过最大牛顿迭代次数引起，使用关键字*NEWTONCYC，增加牛顿循环次数。

如果由于最大改变量振荡引起，达到最大迭代次数，那么，使非线性段平滑，或减小时间步长是最好的解决办法。

8油藏是否在迭代之间出现在单相油和单相气之间浮动。

如果出现浮动，设置适当的*PHASEID或*REFDEN。

9置油藏的某些区域或整个油藏为全隐式。

缺省开关符，*AIM*STAB检查网格的显式隐式开关，仅当该网格是一隐式格块的相邻格块。

如果某些油藏区域变量发生剧烈变化，并且不是井的毗邻区域，或流体前沿运动太快，而在一个时间步扫过两个格块，那么置这些区域为隐式。

例如如下情况：

a）当不使用垂向平衡初始化时。

在某些情况下，这可能引起初始压力和饱和度发生大的改变，即使全部井关井。

当该情况发生时使用全隐式。

b）当出现气顶时。

如果出现较强的指进，置气顶的底层为隐式，至少在指进出现的区域。

c）在具有极端高渗透率的格块，压力的微小改变可能引起饱和度很大变化。

在这些区域，置格块为全隐式。

物质平衡误差可能由收敛容许误差超过设定的改变量而引起。

在大多数情况下，*NORM和*Converge的缺省值足够。

然而，当模拟裂缝油藏或使用裂缝代表水平井时，推荐使用较小的值。

对锥进问题，推荐使用小值。

模拟一单相油藏

有两种主要方法模拟气水两相的干气，单相气藏或一次接触混相溶解剂注入。

A）使用饱和压力

使用关键字*PSAT置饱和压力为一很小的值，

例如，－1。

在这种情况下，所有油藏流体是欠饱和的，并跳过每个格块的闪蒸计算。

所有流体性质仍然使用状态方程计算。

*PSAT不影响井流动计算。

B）使用拟组分选择

1使用*PSEUDO。

一般来说，置油藏油为一拟组分，每个注入流体作为不同的单个拟组分。

2用*PHASEID将单相标为‘油’或‘气’。

一般建议用‘油’，从而流体相对渗透率依据油水相对渗透率曲线计算。

该方法也不做网格闪蒸计算。

另外，GEM还将单个组分流动方程分组为较小数目的拟组分流动方程。

这个可以大大减少每个网格方程的数目。

水平井

水平井可作为一线源（注入井）或汇（生产井）。

GEM使用Aziz等流动图计算液体滞留量，同时也计算井筒摩擦压力降。

注意，当前方法并不能解决回流问题。

垂向平衡计算

*VERTICAL控制垂向平衡计算。

处理垂向平衡计算时，使用下列几种方法：

A）*VERTICAL*ON

同时使用下列关键字

*DWOC,

*REFDEPTH,

*REFPRES,

*ZGLOBALand

*SWOC

B）*VERTICAL*GASCAP及

*DWOC

*DGOC

*REFDEPTH

*REFPRES

*ZOIL

*ZGAS

*SWOC

C）*VERTICAL*COMP及

*DWOC

*REFDEPTH

*REFPRES

*SWOC

*CDEPTH

*ZDEPTH

这些关键字必须位于初始条件部分。

*VERTICAL*ON主要用于欠饱和油藏，而*VERTICAL*GASCAP可用于饱和油藏，也可用于欠饱和油藏。

对于*VERTICAL*ON，用重力—毛管压力平衡计算全部格块压力和水饱和度。

当网格包含油相和气相时，不做特殊处理。

因此，在第一个时间步可能出现剧烈的流体变化。

*VERTICAL*GASCAP是更一般的选择。

假定气顶与油区处于平衡状态，用重力—毛管压力平衡计算全部网格压力和油、气、水饱和度。

闪蒸计算用于确定油相和气相组成。

油相和气相依饱和度混合，然后计算网格总的组成。

因此，油藏中总的组成可能随深度变化。

*VERTICAL*COMP与用户指定的随深度变化的组成一起，用于欠饱和油藏或者饱和油藏的重力初始化。

这时，要指定水油界面深度及参考深度下的参考压力。

用户必须输入总的组成与深度表。

用户还必须输入临界深度。

在临界深度以下，单烃相网格为油网格，而在临界深度以上，单烃相网格为气相网格。

如果不做垂向平衡计算，输入

*VERTICAL*OFF及

*PRES

*SW

*ZGLOBAL

下述第一个例子表示对一饱和油藏做垂向平衡计算的初始条件数据：

*INITIAL

*VERTICAL*GASCAP

*REFDEPTH900.0

*REFPRES3000.0

*DWOC1250.0

*DGOC788.0

*ZOIL0.300.100.200.300.120.08

*ZGAS0.780.190.030.00.00.0

*SWOC1.0

第二个例子表示不使用垂向平衡计算的数据：

*INITIAL

*VERTICAL*OFF

*PRES*CON3400.0

*SW*CON0.2

*GLOBAL*CON

0.300.100.200.300.120.08

井的定义

*井使用以下关键字定义，注意严格按照关键字排序

*WELL井号‘井名’

井类型定义

*Producer井号

或者

*INJECTOR井号

或者

*CYCLPROD井号

在井类型以下，输入：

*PWELLBORE（如果需要计算井筒压力，需要井筒数据）

或*IWELLBORE

*INCOMP（如果定义了注入井时需要，紧接着*INJECTOR）

*OPERATE（至少定义一个工作限制）

*MONITOR（监视限制任选）

定义井的位置和射孔，使用：

*GEOMETRY（可选的，在完井卡之前）

*PERF（必需）

这些关键字必须位于井数据部分。

怎样关井？

怎样重新打开井？

在关井之前：

（1）该井必须用以下方式完全定义：

（a）工作约束和任意监视约束

（b）完井关键字

在完全定义一口井以后，该井可以在使用TIME或DATE关键字的任一时间关闭。

在关井之后任一时间可打开一口关闭的井。

*WELL1′waterinjector′

*WELL2′producer′

*WELL3′Solventinjector′

**全部井具有相同的几何因子

**

**

**radgeofacwfracskin

*GEOMETRY*K0.250.341.00.0

两口注入井初始关井，只有生产井开井。

这种工作制度持续两年。

*INJECTOR1

*INCOMP*WATER

*OPERATE*MAX*STW12000.0

*OPERATE*MAX*BHP10000.0

*PERF*GEO1

**ifjfkfff

1131.0

**关1号井

*SHUTIN1

*PRODUCER2

*OPERATE*MAX*STO12000.0

*OPERATE*MIN*BHP1000.0

*MONITOR*GOR10000.0*STOP

*MONITOR*WCUT0.8330002*STOP

*PERF*GEO2

**ifjfkfff

7711.0

*INJECTOR3

*INCOMP*SOLVENT

0.780.190.030.00.00.0

*OPERATE*MAX*STG1.2E7

*OPERATE*MAX*BHP10000.0

*PERF*GEO3

**ifjfkfff

1131.0

**3号井和1号井在相同网格射孔

**关3号井

*SHUTIN3

*TIME730.000

*OPEN1**打开注水井

*TIME1095.0

**在这个方案中，注水和注溶解剂井在同一网格定义；在打开第二个以前，关闭第一个。

*SHUTIN1**关注水井

*OPEN3**开注溶解剂井

*TIME14600

*SHUTIN3**关注溶解剂井

*OPEN1**打开注水井

*TIME18250

*SHUTIN1**关注水井

*OPEN3**开注溶解剂井

井筒模型

说明井筒模型时，需要：

*PWELLBORE用于生产井，*IWELLBORE用于注入井，位于井类型卡之后。

当要求井口压力时需要使用井筒模型，用于：

a）仅是一种信息；

b）当井口压力作为一个约束条件时。

例如：

对2号注入井建立井筒模型

*INJECTOR2

*IWELLBORE

**wdepthlengthroughwhtempbhtempwr

1100.1100..1365200.3490.0.33

工作和监视约束

*OPERATE和*MONITOR说明一给定井的约束条件。

至少要求一个工作约束，监视约束是可选的。

每一口井引入一新的未知变量Pbh（井底流压），要求一约束方程确定该变量。

在工作和监视约束表中第一个工作约束条件为主工作约束。

模拟器首先在主工作约束下运行，同时监视其它约束条件。

当监视约束之一违反，而且使用CONT关键字，则该约束变为工作约束。



如果不止一个工作约束违反，那么使用第一个工作约束：

生产井

对一生产井，应当：

a）在产量约束下生产（主工作约束）

b）在最小井底流压约束下生产。

如果生产井为产油井，则选一油产量约束。

如果生产井为产气井，则选一气产量约束。

对一生产井使用的约束可以是一最小产量。

例如：

*PRODUCER1

*OPERATE*MAX*STO12000.0*CONT

*OPERATE*MIN*BHP1500.0*CONT

这个例子表明：

a）使用油产量作为油井的主约束

b）使用井底流压作为从约束

如果