組分模型進(jìn)階2

1、組分模型的有關(guān)說(shuō)明及應(yīng)用 我一直在考慮怎么樣寫組分模型數(shù)值模擬入門指南。組分模擬要涉及到狀態(tài)方程 （EOS）,閃蒸計(jì)算，熱動(dòng)力方程等理論方面的知識(shí)。在實(shí)際做組分模擬時(shí)，你并不需要完全掌握這些知識(shí)，但你至少應(yīng)該有一定了解。我在后面會(huì)做一點(diǎn)簡(jiǎn)單 的介紹，但希望大家自己化些時(shí)間去學(xué)這部分知識(shí)。我寫的還是以應(yīng)用為主（這 部分內(nèi)容可能是國(guó)內(nèi)出版的數(shù)模書(shū)籍中最缺乏的），大家需要參考其他組分模擬 理論方面的書(shū)籍。做組分模擬前應(yīng)該有很好的黑油模擬的基礎(chǔ)。你應(yīng)該先把黑油模擬做好以后再開(kāi) 始做組分模擬。在我寫的過(guò)程中，我也假定你已經(jīng)很好地掌握了黑油模型。涉及 到黑油方面的內(nèi)容時(shí)我不會(huì)做重復(fù)介紹。如果你有疑問(wèn)，可以

2、參照我以前寫的黑 油模擬入門指南。關(guān)于組分模擬，大家首先會(huì)有下面一些疑問(wèn)。為什么要做組分模擬？在什么情況 下需要做組分模擬？組分模擬與黑油模擬有什么區(qū)別？組分模擬結(jié)果是不是一 定比黑油模擬好？組分模擬用多少組分比較好？我先試著回答一下這些基本問(wèn) 題，然后我再介紹具體如何做組分模擬。我們都知道，地下的流體的組成實(shí)際上是非常復(fù)雜的，可能含有成百上千的組分。 地下流體以油或氣相的形式存在。對(duì)于大多數(shù)油藏，我們基本上可以把地下流體 分為兩個(gè)組分，及油組分和氣組分。油組分以油相的形式存在，氣組分以氣相的 形式存在。兩個(gè)組分會(huì)發(fā)生物質(zhì)交換，及氣組分會(huì)溶解到油相，油組分也會(huì)從氣 相揮發(fā)（油和氣都不會(huì)溶解于水

3、）。這兩個(gè)組分之間的物質(zhì)交換可以用溶解油氣 比和（或）揮發(fā)氣油比來(lái)表示。溶解油氣比和揮發(fā)氣油比都只是壓力的函數(shù)。地 下油氣相的密度可以通過(guò)地面油氣相的密度，溶解油氣比以及體積系數(shù)來(lái)計(jì)算。 油氣相的體積系數(shù)也只是壓力的函數(shù)。同樣地下油氣相的粘度也是壓力的函數(shù)。 這就是我們所熟悉的黑油模型。對(duì)于大多數(shù)油藏，采用這樣的處理方式計(jì)算結(jié)果 是有保證的。但并不是所有油藏都可以這樣處理。比如凝析氣藏，氣藏溫度很靠 近臨界溫度，在開(kāi)發(fā)過(guò)程中有許多獨(dú)特的特性。在井底附近，壓力低于露點(diǎn)壓力， 油相（重組分）析出而且飽和度大于臨界含油飽和度，這時(shí)會(huì)發(fā)生油氣兩相流動(dòng)。 在遠(yuǎn)離井底附近，可能壓力也低于露點(diǎn)壓力，但含油飽

4、和度低于臨界含油飽和度， 這時(shí)只有氣相發(fā)生流動(dòng)。在氣藏中沒(méi)有油相的析出，只是純氣相流動(dòng)。所以在井 底會(huì)有三個(gè)流動(dòng)帶，每個(gè)流動(dòng)帶的特性都不同。我們需要用到組分模型計(jì)算每個(gè) 流動(dòng)帶的組分變化，是哪些組分從氣相析出，析出的組分含量，這樣我們可以計(jì) 算出各個(gè)組分在油相和氣相中的含量，從而得到油氣相的飽和度，密度，粘度等 屬性。這樣你的油氣屬性不像黑油模型那樣只是壓力的函數(shù)，在組分模型中它們 同時(shí)也是組分的函數(shù).我在后面會(huì)專門用一個(gè)章節(jié)介紹如何模擬凝析氣藏，包括 非達(dá)西流動(dòng)，相滲曲線隨流速的變化，井底附近擬壓力處理等等。另一種需要用到組分模型的情況是注氣驅(qū)。對(duì)于黑油模型，任何注入氣都沒(méi)有區(qū) 別。但實(shí)際上

5、，不同的注入氣，驅(qū)替效率不同。如果是混相驅(qū)，不同的注入氣最 小混相壓力也不同。我們必須知道注入氣的組成，才能更好的模擬驅(qū)替過(guò)程。其他一些需要用到組分模型的情形有揮發(fā)油藏的模擬，組分分布變化顯著的油氣 藏模擬，地層溫度差別顯著的油氣藏以及機(jī)理性研究等。全球估計(jì)至少百分比七十以上的數(shù)值模擬模型都是黑油模型，組分模型不多。一 個(gè)制約組分模型應(yīng)用的主要原因是計(jì)算時(shí)間。組分模型比黑油模型計(jì)算要慢很 多。組分模型每一個(gè)時(shí)間步都要進(jìn)行閃蒸計(jì)算，這部分計(jì)算可能占整個(gè)計(jì)算量的 一半時(shí)間。組分越多，閃蒸計(jì)算所需要的時(shí)間越多。多一個(gè)組分，組分模型總計(jì) 算時(shí)間可能會(huì)多出三倍。通常組分模型大都選用6到8個(gè)組分，不會(huì)更多

6、。1、認(rèn)識(shí)組分模型的輸出結(jié)果我之所以一開(kāi)始就介紹對(duì)組分模型的輸出結(jié)果的認(rèn)識(shí)是因?yàn)槲艺J(rèn)為這是非常重 要的一部分。比如說(shuō)你建的是組分模型，你在做歷史擬合，擬合油田產(chǎn)油量，產(chǎn) 氣量。首先你就應(yīng)該知道模型計(jì)算的產(chǎn)油量，產(chǎn)氣量與你實(shí)際測(cè)量的產(chǎn)油量，產(chǎn) 氣量是不是同一種情形。模型計(jì)算輸出的每口井產(chǎn)量都是針對(duì)分離器的產(chǎn)量。比如你有三級(jí)分離器，模型 輸出的產(chǎn)油量是最后一級(jí)分離器時(shí)的產(chǎn)油量。模型計(jì)算輸出的產(chǎn)氣量是每一級(jí)分 離器分離的氣量都折算到標(biāo)準(zhǔn)條件下的氣量之和。折算過(guò)程是用理想狀態(tài)方程：Psep*Vsep/Tsep = Pstd*Vstd/Tstdsep：分離器；std：標(biāo)態(tài)；P：壓力；V：體積2； T：溫

7、度有時(shí)候你可能要擬合濕氣的產(chǎn)量。模型計(jì)算輸出的濕氣產(chǎn)量是井口碳?xì)洚a(chǎn)量用理 想狀態(tài)方程折算到標(biāo)態(tài)下的產(chǎn)量。你可以理解為分離器之前的碳?xì)洚a(chǎn)量。1摩爾 理想氣體在標(biāo)態(tài)下占的體積為379.48立方英尺，那么濕氣產(chǎn)量就應(yīng)該等于井的摩 爾產(chǎn)量乘以379.48。你最好先找一個(gè)你使用的軟件安裝自帶的組分模型，然后運(yùn)行該模型，輸出計(jì)算 的油，氣產(chǎn)量，濕氣產(chǎn)量，摩爾產(chǎn)量，每級(jí)分離器的油氣產(chǎn)量，然后自己于工算 一下它們的關(guān)系。然后你可以嘗試改變分離器條件（你需要定井底壓力生產(chǎn)）， 你會(huì)發(fā)現(xiàn)你的油氣產(chǎn)量發(fā)生了變化，但濕氣產(chǎn)量并沒(méi)有發(fā)生變化。2建立組分模型需要輸入的參數(shù)組分模型輸入?yún)?shù)大多數(shù)與黑油模型一樣。1：模型網(wǎng)格

8、改造：完全一樣2：模型網(wǎng)格屬性：完全一樣3：相滲曲線：完全一樣2. 4：毛管壓力：完全一樣2. 5：巖石壓縮：完全一樣2. 6：分區(qū)設(shè)置：基本一樣。但組分模型還可以設(shè)EOS分區(qū)。不同EOS分區(qū)可以賦不同的EOS參數(shù)。如果 油田同時(shí)開(kāi)采多套流體屬性不同的油氣藏，你可能需要進(jìn)行EOS分區(qū)。不同EOS 分區(qū)要求有相同的組分，比如如果一個(gè)EOS分區(qū)用了 N2, CO2, C1, C2, C3, C456, C7+,那么另一套EOS也應(yīng)該用這幾個(gè)組分，只不過(guò)對(duì)不同分區(qū)，它們的摩爾組 成不同，EOS參數(shù)也可能不同。如果你要采用多個(gè)EOS分區(qū)，你最好將EOS分區(qū)和平衡區(qū)設(shè)為一致。否則的化 你的模型可能不會(huì)穩(wěn)

9、定。因?yàn)樵诮M分模型中，你的油，氣相的密度，飽和度等都 是由EOS狀態(tài)方程計(jì)算的，在進(jìn)行初始化計(jì)算時(shí)，模型不光要保證壓力，飽和 度平衡，同時(shí)要保證熱動(dòng)力平衡（這部分在后面的模型初始化部分會(huì)詳細(xì)介紹）。 你的EOS分區(qū)如果與平衡區(qū)不一致，很可能會(huì)導(dǎo)致流體初始不平衡。2. 7：流體參數(shù)：這是黑油模型和組分模型數(shù)據(jù)輸入差別最大的地方。黑油模 型輸入的是油，氣的體積系數(shù)，粘度與壓力的關(guān)系，油氣比與壓力的關(guān)系，這些 關(guān)系都是以表的形式輸入，軟件在計(jì)算時(shí)直接查這些表，以及做相應(yīng)的內(nèi)插和外 插值。但不做其他計(jì)算。組分模型完全不同，組分模型輸入的是EOS狀態(tài)方程 參數(shù)。這些參數(shù)包括各個(gè)組分的命名，臨界溫度，臨界

10、壓力，臨界Z因子，分 子量，偏心因子，OMEGAA,OMEGAB,參考密度，參考溫度，二元相關(guān)系數(shù)， 體積偏移等。同時(shí)需要輸入所應(yīng)用的狀態(tài)方程，油藏溫度，組分的組成或組分組 成隨深度的變化。如果粘度計(jì)算采用LBC相關(guān)式，那么還需要輸入LBC系數(shù)。 如果模擬混相驅(qū)的化，需要輸入等張比容來(lái)計(jì)算油氣相界面張力。油氣的地面密 度不需要輸入，只需要輸入水的地面密度，EOS狀態(tài)方程會(huì)計(jì)算油氣相的地面 密度。如果地面EOS狀態(tài)方程參數(shù)與地下不同，那么可以輸入地面條件下的EOS狀態(tài) 方程參數(shù)。模型在做地面分離器計(jì)算時(shí)，會(huì)應(yīng)用地面條件下的EOS狀態(tài)方程。2. 8：初始化設(shè)置：黑油模型和組分模型輸入?yún)?shù)很相近，但

11、軟件初始化計(jì)算 方法有所不同，我在后面會(huì)詳細(xì)介紹組分模型的初始化計(jì)算方法。在這部分還需 要定義油田分離器條件。軟件應(yīng)用油田分離器條件計(jì)算地面儲(chǔ)量。2. 9：生產(chǎn)控制部分：對(duì)于組分模型，對(duì)每口生產(chǎn)井或井組，需要定義生產(chǎn)井 或井組對(duì)應(yīng)的分離器條件。軟件應(yīng)用地面分離器條件計(jì)算井的地面油氣產(chǎn)量。如 果注氣的化，不光需要指定注入量控制，還需要指定注入氣的組分。如果是氣回 注的化，只需要指定回注哪個(gè)井或井組的氣，氣的組分會(huì)自動(dòng)計(jì)算。如果有些氣 是用于出售或燃料，那么在計(jì)算回注量前，模型會(huì)先扣除這些氣量。3準(zhǔn)備PVT數(shù)據(jù)我們上面說(shuō)過(guò)，做組分模擬通常選用6個(gè)到8個(gè)組分就可以了。那么應(yīng)該選哪些組分？下面是建議的

12、工作流程：3. 1：用你的PVT處理軟件先辟分加組分（C7+或C12+等）。2：辟分完后擬合飽和壓力，擬合相圖，擬合實(shí)驗(yàn)室結(jié)果。3：組分合并。將辟分后的加組分合并為2到3個(gè)組分，保留C1為獨(dú)立組分， 將中間組分（C2,C3,C4,C5,C6 ）合并為兩個(gè)組分。對(duì)于非烴類組分，可以合并到 烴類組分或設(shè)為獨(dú)立組分。4：重新擬合實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)3. 5： 輸出EOS參數(shù)。最好選用三參數(shù)狀態(tài)方程，兩參數(shù)狀態(tài)方程不能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)液體密度。粘度計(jì)算最 好選用Pedersen方法，此方法比LBC方法精確。4 PVT實(shí)驗(yàn)擬合PVT實(shí)驗(yàn)擬合時(shí)，掌握EOS狀態(tài)方程是基礎(chǔ)。EOS狀態(tài)方程有多種類型，比如 二參數(shù)PR狀態(tài)方程，

13、三參數(shù)PR3狀態(tài)方程，二參數(shù)SRK狀態(tài)方程，三參數(shù)SRK 狀態(tài)方程，RK,ZJ,SW狀態(tài)方程等。不同的狀態(tài)方程有時(shí)候計(jì)算出來(lái)的結(jié)果差別 可能很大，這其中最常用的是三參數(shù)PR3狀態(tài)方程。對(duì)于純組分（C1,C2,C3,iC4,nC4,iC5,nC5,C6）而言，隨著組分摩爾分子量的增加， 組分的臨界溫度，沸點(diǎn)，臨界體積，偏心因子，液體密度都是增加的，而臨界壓 力和臨界Z因子隨組分摩爾分子量的增加是減小的。如果在你擬合以后這種單 調(diào)性發(fā)生了變化，那你的擬合肯定有問(wèn)題。另外流體取樣有井底取樣和井口取樣，在做井底取樣時(shí)要保證樣品在飽和壓力以 上。井口取樣通常是實(shí)驗(yàn)室根據(jù)生產(chǎn)油氣比將井口的油樣和氣樣在實(shí)驗(yàn)

14、室生成代 表油藏條件的樣品。當(dāng)然你不可能影響取樣，但你應(yīng)該知道你拿到PVT實(shí)驗(yàn)報(bào) 告的取樣流程。如果取樣有問(wèn)題，樣品根本不能代表油藏流體，那你的擬合就白 費(fèi)力了。通常對(duì)不同的流體類型采用不同的PVT實(shí)驗(yàn)。比如對(duì)黑油通常進(jìn)行差異分離實(shí) 驗(yàn)（DL）,等組分膨脹實(shí)驗(yàn)（CCE），對(duì)凝析氣采用等容衰竭實(shí)驗(yàn)（CVD）和等組分膨 脹實(shí)驗(yàn)(CCE)。另外還可能進(jìn)行分離器實(shí)驗(yàn)，如果注氣的化會(huì)進(jìn)行一次接觸混 相實(shí)驗(yàn)，多次接觸混相實(shí)驗(yàn)。你需要知道每個(gè)實(shí)驗(yàn)是怎么做的，最重要的是你需 要知道你拿到的實(shí)驗(yàn)室報(bào)告結(jié)果中各相參數(shù)是如何定義的。比如你拿到的CCE 實(shí)驗(yàn)中報(bào)告中的液體飽和度是用的液體體積除以飽和壓力下的液體體積還

15、是除 以目前條件下的總體積。在你把你的實(shí)驗(yàn)結(jié)果輸入到你采用的PVT分析軟件中 時(shí)你要檢查它們用的定義是否一致。你的PVT擬合實(shí)際上就是用你的PVT軟件，調(diào)整EOS狀態(tài)方程參數(shù)，使你的 PVT軟件用EOS計(jì)算的結(jié)果與你的實(shí)驗(yàn)室測(cè)量結(jié)果匹配，然后把擬合好的EOS 輸出給組分模型用于組分模擬的EOS和閃蒸計(jì)算。在你做PVT擬合時(shí)，你需要 首先對(duì)你拿到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行質(zhì)量檢查，不合格的樣品和有問(wèn)題的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)根本 沒(méi)必要費(fèi)時(shí)間，你做也是白做，這樣的數(shù)據(jù)用于模擬帶來(lái)的問(wèn)題更多。然后在擬 合時(shí)你應(yīng)該知道應(yīng)該調(diào)整那個(gè)參數(shù)，如何調(diào)整各個(gè)參數(shù)，各個(gè)參數(shù)是如何影響結(jié) 果的。最后是EOS的輸出。下面介紹PVT擬合的步驟

16、：1： PVT實(shí)驗(yàn)報(bào)告的質(zhì)量檢查.確認(rèn)取樣壓力在飽和壓力以上，樣品可以代表油藏流體。.報(bào)告中所有組分摩爾百分?jǐn)?shù)之和為100。.組分物質(zhì)平衡檢查。對(duì)CVD實(shí)驗(yàn)，繪組分K值圖，組分的Log(K)與壓力。 組分的K值圖應(yīng)該是單調(diào)變化的，組分K值線不會(huì)交叉，順序?yàn)?N2,C1,CO2,C2,C3,iC4,nC4,iC5,nC5,C6 .Cn+.繪Hoffman-Crump-Hocott圖，Kp與F因子，所有組分應(yīng)該在一條直線上。.檢查實(shí)驗(yàn)結(jié)果的變化趨勢(shì)是否正確。比如在CVD或CCE實(shí)驗(yàn)中液體密度隨壓 力的降低應(yīng)該增加。.檢查你的實(shí)驗(yàn)報(bào)告中各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的定義與你的軟件是否一致。.CCE,CVD,DL實(shí)驗(yàn)

17、應(yīng)該在油藏體積，分離器實(shí)驗(yàn)應(yīng)該在地面條件。4 . 2：選用哪個(gè)EOS狀態(tài)方程軟件通常提供許多EOS狀態(tài)方程，你至少應(yīng)該選用三參數(shù)狀態(tài)方程。常用的是 三參數(shù)PR狀態(tài)方程4 . 3：給實(shí)驗(yàn)結(jié)果設(shè)權(quán)值你拿到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)很多，你可能不能將所有實(shí)驗(yàn)結(jié)果都擬合好，你應(yīng)該知道 哪些是你必須擬合好的。飽和壓力應(yīng)該是最重要的，飽和壓力對(duì)你的數(shù)模計(jì)算影 響是最大的，你應(yīng)該給飽和壓力一個(gè)很大的權(quán)值，比如5000，以便EOS能首先 擬合好飽和壓力。對(duì)凝析氣藏，CVD實(shí)驗(yàn)中的液體析出量是非常重要的，如果 你不能擬合好實(shí)驗(yàn)，你很可能在數(shù)模時(shí)擬合不上生產(chǎn)油氣比。同樣你需要給CVD 實(shí)驗(yàn)中的液體析出量大的權(quán)值。分離器實(shí)驗(yàn)也

18、很重要，你也需要設(shè)大的權(quán)值，比 如1000。分離器實(shí)驗(yàn)直接與你的產(chǎn)量有關(guān)。對(duì)一些結(jié)果不可靠的實(shí)驗(yàn)，你可以設(shè) 很小的權(quán)值，比如0.5.4：在擬合時(shí)調(diào)整哪個(gè)組分的屬性通常你拿到的實(shí)驗(yàn)室報(bào)告組分會(huì)做到C7+或C12+,也有做到C22+甚至更多組分 的時(shí)候。在你擬合實(shí)驗(yàn)結(jié)果時(shí)，你要知道有些組分屬性是不能調(diào)整的，比如純組 分 C1, C2, C3, IC4, NC4, IC5, NC5,C6 以及 H2O, H2S, N2, CO2, CO 的臨界壓力， 臨界溫度和偏心因子等這些應(yīng)該不會(huì)變化，在你擬合時(shí)不要調(diào)整這些參數(shù)。重組 分(C7.C8.C9.)的臨界屬性不確定，你可以調(diào)整。你拿到的實(shí)驗(yàn)室報(bào)告中最不 確定的應(yīng)該是加組分的屬性(C7+,C12+等)，加組分是大于此組分的無(wú)數(shù)組分的 混合體，通常實(shí)驗(yàn)室會(huì)給出加組分的摩爾分子量和指定重度，屬性來(lái)自于計(jì)算， 不確定。因而對(duì)加組分屬性的調(diào)整是PVT擬合的首選。