CN105740521A - 油藏数值模拟系统求解过程中的小网格剔除方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种油藏数值模拟系统求解过程中的小网格剔除方法和装置，属于油藏数值模拟技术领域。所述方法包括：获取地质模型的网格系统，并获得网格的体积列表和网格之间的邻接表；对网格进行分类；设置需要剔除的微小网格体积下限；循环查找体积最小的网格，并将符合剔除条件的网格的体积分配到与其相邻的网格上，将其渗流特性等效进与其相邻的网格中；在网格的体积列表中删除该符合剔除条件的网格，在网格之间的邻接表中删除与该符合剔除条件的网格有关的所有连接。本发明能有效剔除微小网格，从而减少数值模拟网格数量，提高数值模拟稳定性外，不会改变储层总体积，且不会对数值模拟计算结果造成较大影响。

Description

油藏数值模拟系统求解过程中的小网格剔除方法和装置

技术领域

本发明涉及油藏数值模拟技术领域，特别是指一种油藏数值模拟系统求解过程中的小网格剔除方法和装置。

背景技术

油藏数值模拟技术是评价油藏潜力，制定开发方案的基础。并且在现代油藏开发中已经有了广泛的使用。为进行准确、高效的油藏数值模拟，需要准备大量的数据，其中基础数据之一是网格化的储层地质模型。

储层地质模型即使用一定形状的几何体(二维包括：三角形、四边形、六边形等；三维包括：四面体、六面体等)将储层(或数值模拟工区)进行划分，再使用地质统计技术，给每个几何体赋以孔隙度、渗透率等渗流参数。具有渗流属性的每一个几何体，都是数值模拟中的一个独立的单元。

由于数值模拟技术本身的限制，对网格系统有很多限制和要求。其中最重要的一条即是网格尺寸必须保持均匀。因为当相邻网格尺寸差异过大时，会带来严重的收敛性问题，影响模型的运行时间。一般的，相邻两个网格的尺寸比值应该小于2。但这一点在实际的地质建模中往往不能始终保证。尤其是对目前迅速发展的应用于缝洞型油藏的非结构化网格来说，由于其网格剖分必须考虑到裂缝相交的情况，因此难免出现极其微小的网格(参见图1)。这些网格这将严重影响后续数值模拟的稳定性、计算精度和速度。因此有必要在开始数值模拟之前对地质模型的网格系统进行一定的处理。

目前国际上掌握非结构化网格模拟技术的机构较少，在该领域研究较为前沿的为美国斯坦福大学油藏工程系。目前该机构在其研究型多功能数值模拟器GPRS中通过如下手段剔除地质模型中的小网格：即设置一个网格体积门限值ε，再遍历所有地质模型网格，当某网格的体积小于ε时，直接从网格列表里删除该网格，同时删除该网格与相邻的网格之间的连接。其结果相当于假设这些微小网格所占空间完全不具备渗透性，即排除在整个流场之外。

如图2所示，即为采用斯坦福大学数值模拟器GPRS中的剔除小网格方法之后的网格系统的结构示意图，其中直接删去体积过小的网格和删去该网格与相邻网格之间的连接。图2中白色三角形即为被剔除掉的微小网格。该方法在剔除小网格方面效率最高，但存在如下缺点：

1)直接剔除微小网格后，将使储层体积减少，这将直接令数模计算储量与实际储量不符；

2)直接删除微小网格与相邻网格的连接，将会改变储层的连通性。在某些极端情况，会给计算结果带来较大的误差；

3)直接删除部分微小网格后，有可能形成孤立网格群。如图3所示，图中黑色箭头所指向的两个网格没有被剔除掉，但其周围的其他网格体积小于剔除临界体积ε，因此被剔除掉了。其结果使得箭头所指的两个网格形成了一个孤立的网格群(即它们并不与外围大的储层空间连接)，这种孤立的网格群会给数值模拟带来极大的稳定性问题，最终影响模拟速度和计算精度。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种油藏数值模拟系统求解过程中的小网格剔除方法和装置，其能有效剔除微小网格，从而减少数值模拟网格数量，提高数值模拟稳定性外，不会改变储层总体积(即不会影响总储量)，且不会对数值模拟计算结果造成较大影响。

为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：

一方面，提供一种油藏数值模拟系统求解过程中的小网格剔除方法，包括：

步骤1：获取地质模型的网格系统，并获得网格的体积列表和网格之间的邻接表；

步骤2：按照预先确定的网格剔除的需求和标准对网格进行分类；

步骤3：对每一类别的网格，设置需要剔除的微小网格体积下限；

步骤4：对每一类别的网格，循环查找体积最小的网格，并将符合剔除条件的网格的体积分配到与其相邻的网格上，将其渗流特性等效进与其相邻的网格中；

步骤5：在网格的体积列表中删除该符合剔除条件的网格，在网格之间的邻接表中删除与该符合剔除条件的网格有关的所有连接。

另一方面，提供一种油藏数值模拟系统求解过程中的小网格剔除装置，包括：

获取模块：用于获取地质模型的网格系统，并获得网格的体积列表和网格之间的邻接表；

分类模块：用于按照预先确定的网格剔除的需求和标准对网格进行分类；

设置模块：用于对每一类别的网格，设置需要剔除的微小网格体积下限；

查找及处理模块：用于对每一类别的网格，循环查找体积最小的网格，并将符合剔除条件的网格的体积分配到与其相邻的网格上，将其渗流特性等效进与其相邻的网格中；

删除模块：用于在网格的体积列表中删除该符合剔除条件的网格，在网格之间的邻接表中删除与该符合剔除条件的网格有关的所有连接。

本发明具有以下有益效果：

本发明中，将所剔除网格的体积分配到了与其相邻的网格上，故没有损失总的油藏体积，因此不会造成油、气储量减少。同时采用添加等价连接的方法，把所剔除网格的传导特性保留了下来，这样不至因剔除掉微小网格而造成储层中流动过程发生变化，从而保证了计算精度。因此，本发明能有效剔除微小网格，从而减少数值模拟网格数量，提高数值模拟稳定性外，不会改变储层总体积(即不会影响总储量)，且不会对数值模拟计算结果造成较大影响。

附图说明

图1为现有技术中对裂缝型油藏进行非结构化网格剖分形成的网格系统的结构示意图；

图2为现有技术中采用斯坦福大学数值模拟器GPRS中的剔除小网格方法之后的网格系统的结构示意图；

图3为现有技术中采用斯坦福大学数值模拟器GPRS中的剔除小网格方法之后导致产生孤立网格群的网格系统的结构示意图；

图4为本发明的油藏数值模拟系统求解过程中的小网格剔除方法的流程示意图；

图5为采用图4所示方法的一个实施例的流程示意图；

图6为图5所示实施例中的网格系统的结构示意图；

图7为本发明的油藏数值模拟系统求解过程中的小网格剔除装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明提供一种油藏数值模拟系统求解过程中的小网格剔除方法，如图4所示，包括：

步骤101：获取地质模型的网格系统，并获得网格的体积列表和网格之间的邻接表；

本步骤中，网格系统可以从地质建模软件中导出。

(1)如果地质模型采用的是非结构化网格(离散裂缝网格、PEBI网格等)，则相应的地质建模软件WinGridder、Simba等自动导出的即为网格的体积列表和网格之间的邻接表。

(2)如果地质模型采用的是常规的结构化网格(如角点网格)，则相应的地质建模软件Gocad、Petrol等直接导出的是网格空间坐标信息和孔隙度、渗透率列表。此时需要根据以上信息计算所有网格的体积以及网格之间的邻接表，该部分技术已非常成熟(参见商业数值模拟器Eclipse的技术手册)。

网格之间的邻接表即记录了网格系统中所有网格对间邻接关系以及对应传导率的文件，例如：

步骤102：按照预先确定的网格剔除的需求和标准对网格进行分类；

本步骤中，按照网格的类型和预先确定的网格剔除的需求对网格进行分类，例如在对离散裂缝网格进行小网格剔除时，就需要把裂缝网格和基质网格分开对待。因为两者的体积差异太大(二维的离散裂缝网格中，裂缝网格是一条线段，基质网格是一个三角面，两者的体积相差悬殊)，不能采用同样的标准来划定剔除网格的下限，必须分别设置体积下限；同时，根据实际问题的不同，对剔除小网格的需求也不同：部分情况下，同时对基质小网格和裂缝小网格进行剔除可以较大的提升计算速度，且对计算结果影响不大；有些情况下，剔除了裂缝小网格会导致计算结果发生较大变化。因此不同实际问题，对网格剔除的需求是不同的，需要根据具体问题进行判断。

再分好类之后，对每个一类分别执行以下步骤。

步骤103：对每一类别的网格，设置需要剔除的微小网格体积下限；

本步骤中，针对某一类网格(例如“全体基质网格”或“或全体裂缝网格”)设置一个微小网格体积下限ε。该下限的确定方法是灵活的，需要根据具体的网格情况进行优化处理，其目的是尽可能全面的剔除微小网格，加快计算速度，但同时又不至于对计算结果产生较大影响。一般可取该类网格体积众数的1％。

步骤104：对每一类别的网格，循环查找体积最小的网格，并将符合剔除条件的网格的体积分配到与其相邻的网格上，将其渗流特性等效进与其相邻的网格中；

步骤105：在网格的体积列表中删除该符合剔除条件的网格，在网格之间的邻接表中删除与该符合剔除条件的网格有关的所有连接。

本发明中，将所剔除网格的体积分配到了与其相邻的网格上，故没有损失总的油藏体积，因此不会造成油、气储量减少。同时采用添加等价连接的方法，把所剔除网格的传导特性保留了下来，这样不至因剔除掉微小网格而造成储层中流动过程发生变化，从而保证了计算精度。因此，本发明的方法能有效剔除微小网格，从而减少数值模拟网格数量，提高数值模拟稳定性外，不会改变储层总体积(即不会影响总储量)，且不会对数值模拟计算结果造成较大影响。

优选的，上述步骤104中将符合剔除条件的网格的体积分配到与其相邻的网格上进一步为：

按相邻的网格的体积进行加权，将符合剔除条件的网格的体积分配到与其相邻的网格上。

优选的，上述步骤104中将符合剔除条件的网格的渗流特性等效进与其相邻的网格中进一步为：

在与符合剔除条件的网格相邻的网格之间两两建立连接，假定当前符合剔除条件的网格的编号为i，相邻的网格共有n个，则新产生的这C_n ²个连接对的传导率计算公式为：其中p、q为n个相邻的网格中任意两个网格，T_ij是当前符合剔除条件的网格i与第j个相邻的网格原本的传导率，T_ip、T_iq是当前符合剔除条件的网格i与相邻的网格p、q原本的传导率，T_pq’是这两个网格之间新增的传导率。

进一步的，所述步骤104中，如果相邻的网格p、q之间本来没有连接，则在网格之间的邻接表中新增一个网格p、q之间的连接，其传导率即为T_pq’；如果网格p、q之间本来有连接，且原始传导率为T_pq ⁰，则将该连接的传导率修改为T_pq＝T_pq ⁰+T_pq’。

下面举一个详细的例子对本发明的油藏数值模拟系统求解过程中的小网格剔除方法进行阐述。

如图5所示，本实施例包括以下步骤A-J：

A、从地质建模软件导出其所建立的网格系统，并获得网格体积列表和网格之间的邻接表。

B、按照预先确定的网格剔除的需求和标准对网格进行分类。本例中将基质网格和裂缝网格分开进行考虑(即将总网格分成两类)。

C、针对某一类网格(例如“全体基质网格”或“或全体裂缝网格”)设置一个体积下限ε。对基质网格ε设为最小网格体积的30倍；对裂缝网格ε设为最小网格体积的5倍。

D、将该类别中的网格按体积大小进行从小到大排序。

E、如果该类别中最小的网格体积已经大于ε，则说明该类别中已没有需要剔除的微小网格了。则返回步骤C，继续进行下一个类别。如果该类别已经是最后一个，则结束剔除工作；反之，如果该类别中最小的网格体积小于ε，则说明该网格需要被剔除。则依次执行以下步骤。

F、设该网格编号为i。遍历邻接表，找到与网格i相邻的所有其他网格(假设共有n个)，如图5所示，与网格0相邻的网格有1、2、3三个。G、将网格i的体积V_i加权平均到与其相邻的n个网格之上(按这n个网格的体积进行加权)，计算公式为其中V_j是第j个相邻网格的体积；ΔV_j是由于剔除网格i，而要额外加到网格j上的体积。执行该步操作后，网格j的新体积V_j’＝V_j+ΔV_j。

H、在与网格i相连的n个网格之间两两建立连接(如图6所示，网格1、2、3本来是以网格0作为中介而相互连通的(即流体可以从网格1经网格0流到网格3，反之亦然)。但剔除网格0后，这条连接通道不复存在，因此需要额外将网格1-2、1-3、2-3连接起来)：

(1)新产生的这C_n ²个连接对的传导率按该式计算其中p、q为n个网格中任意两个网格，T_ip、T_iq是网格i与网格p、q原本的传导率，T_pq’是这两个网格之间新增的传导率。

(2)如果网格p、q之间本来没有连接，则在邻接表中新增一个网格p、q之间的连接，其传导率即为T_pq’；如果网格p、q之间本来有连接，且原始传导率为T_pq ⁰，则只需将该连接的传导率修改为T_pq＝T_pq ⁰+T_pq’。

I、在网格系统中删除网格i，在邻接表中删除网格i参与的n个连接。至此，i网格的剔除工作全部完成。

J、返回步骤D开始剔除下一个网格。

根据实际算例测试，在使用本实施例的方法剔除网格数5％的小网格后，数模计算耗时下降为原来的1/3，计算结果误差小于2％。

与上述的方法相对应，本发明还提供一种油藏数值模拟系统求解过程中的小网格剔除装置，如图7所示，包括：

获取模块11：用于获取地质模型的网格系统，并获得网格的体积列表和网格之间的邻接表；

分类模块12：用于按照预先确定的网格剔除的需求和标准对网格进行分类；

设置模块13：用于对每一类别的网格，设置需要剔除的微小网格体积下限；

查找及处理模块14：用于对每一类别的网格，循环查找体积最小的网格，并将符合剔除条件的网格的体积分配到与其相邻的网格上，将其渗流特性等效进与其相邻的网格中；

删除模块15：用于在网格的体积列表中删除该符合剔除条件的网格，在网格之间的邻接表中删除与该符合剔除条件的网格有关的所有连接。

本发明的装置能有效剔除微小网格，从而减少数值模拟网格数量，提高数值模拟稳定性外，不会改变储层总体积(即不会影响总储量)，且不会对数值模拟计算结果造成较大影响。

优选的，查找及处理模块14中将符合剔除条件的网格的体积分配到与其相邻的网格上进一步为：

按相邻的网格的体积进行加权，将符合剔除条件的网格的体积分配到与其相邻的网格上。

优选的，查找及处理模块14中将符合剔除条件的网格的渗流特性等效进与其相邻的网格中进一步为：

在与符合剔除条件的网格相邻的网格之间两两建立连接，假定当前符合剔除条件的网格的编号为i，相邻的网格共有n个，则新产生的这C_n ²个连接对的传导率计算公式为：其中p、q为n个相邻的网格中任意两个网格，T_ij是当前符合剔除条件的网格i与第j个相邻的网格原本的传导率，T_ip、T_iq是当前符合剔除条件的网格i与相邻的网格p、q原本的传导率，T_pq’是这两个网格之间新增的传导率。

优选的，查找及处理模块14中，如果相邻的网格p、q之间本来没有连接，则在网格之间的邻接表中新增一个网格p、q之间的连接，其传导率即为T_pq’；如果网格p、q之间本来有连接，且原始传导率为T_pq ⁰，则将该连接的传导率修改为T_pq＝T_pq ⁰+T_pq’。

优选的，设置模块13进一步用于：

对每一类别的网格，取该类网格体积众数的1％作为需要剔除的微小网格体积下限。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种油藏数值模拟系统求解过程中的小网格剔除方法，其特征在于，包括：

步骤1：获取地质模型的网格系统，并获得网格的体积列表和网格之间的邻接表；

步骤2：按照预先确定的网格剔除的需求和标准对网格进行分类；

步骤3：对每一类别的网格，设置需要剔除的微小网格体积下限；

步骤4：对每一类别的网格，循环查找体积最小的网格，并将符合剔除条件的网格的体积分配到与其相邻的网格上，将其渗流特性等效进与其相邻的网格中；

步骤5：在网格的体积列表中删除该符合剔除条件的网格，在网格之间的邻接表中删除与该符合剔除条件的网格有关的所有连接。

2.根据权利要求1所述的油藏数值模拟系统求解过程中的小网格剔除方法，其特征在于，所述步骤4中将符合剔除条件的网格的体积分配到与其相邻的网格上进一步为：

按相邻的网格的体积进行加权，将符合剔除条件的网格的体积分配到与其相邻的网格上。

3.根据权利要求1或2所述的油藏数值模拟系统求解过程中的小网格剔除方法，其特征在于，所述步骤4中将符合剔除条件的网格的渗流特性等效进与其相邻的网格中进一步为：

在与符合剔除条件的网格相邻的网格之间两两建立连接，假定当前符合剔除条件的网格的编号为i，相邻的网格共有n个，则新产生的这C_n ²个连接对的传导率计算公式为：其中p、q为n个相邻的网格中任意两个网格，T_ij是当前符合剔除条件的网格i与第j个相邻的网格原本的传导率，T_ip、T_iq是当前符合剔除条件的网格i与相邻的网格p、q原本的传导率，T_pq’是这两个网格之间新增的传导率。

4.根据权利要求3所述的油藏数值模拟系统求解过程中的小网格剔除方法，其特征在于，所述步骤4中，如果相邻的网格p、q之间本来没有连接，则在网格之间的邻接表中新增一个网格p、q之间的连接，其传导率即为T_pq’；如果网格p、q之间本来有连接，且原始传导率为T_pq ⁰，则将该连接的传导率修改为T_pq＝T_pq ⁰+T_pq’。

5.根据权利要求4所述的油藏数值模拟系统求解过程中的小网格剔除方法，其特征在于，所述步骤3进一步为：

对每一类别的网格，取该类网格体积众数的1％作为需要剔除的微小网格体积下限。

6.一种油藏数值模拟系统求解过程中的小网格剔除装置，其特征在于，包括：

获取模块：用于获取地质模型的网格系统，并获得网格的体积列表和网格之间的邻接表；

分类模块：用于按照预先确定的网格剔除的需求和标准对网格进行分类；

设置模块：用于对每一类别的网格，设置需要剔除的微小网格体积下限；

查找及处理模块：用于对每一类别的网格，循环查找体积最小的网格，并将符合剔除条件的网格的体积分配到与其相邻的网格上，将其渗流特性等效进与其相邻的网格中；

删除模块：用于在网格的体积列表中删除该符合剔除条件的网格，在网格之间的邻接表中删除与该符合剔除条件的网格有关的所有连接。

7.根据权利要求6所述的油藏数值模拟系统求解过程中的小网格剔除装置，其特征在于，所述查找及处理模块中将符合剔除条件的网格的体积分配到与其相邻的网格上进一步为：

按相邻的网格的体积进行加权，将符合剔除条件的网格的体积分配到与其相邻的网格上。

8.根据权利要求6或7所述的油藏数值模拟系统求解过程中的小网格剔除装置，其特征在于，所述查找及处理模块中将符合剔除条件的网格的渗流特性等效进与其相邻的网格中进一步为：

在与符合剔除条件的网格相邻的网格之间两两建立连接，假定当前符合剔除条件的网格的编号为i，相邻的网格共有n个，则新产生的这C_n ²个连接对的传导率计算公式为：其中p、q为n个相邻的网格中任意两个网格，T_ij是当前符合剔除条件的网格i与第j个相邻的网格原本的传导率，T_ip、T_iq是当前符合剔除条件的网格i与相邻的网格p、q原本的传导率，T_pq’是这两个网格之间新增的传导率。

9.根据权利要求8所述的油藏数值模拟系统求解过程中的小网格剔除装置，其特征在于，所述查找及处理模块中，如果相邻的网格p、q之间本来没有连接，则在网格之间的邻接表中新增一个网格p、q之间的连接，其传导率即为T_pq’；如果网格p、q之间本来有连接，且原始传导率为T_pq ⁰，则将该连接的传导率修改为T_pq＝T_pq ⁰+T_pq’。

10.根据权利要求9所述的油藏数值模拟系统求解过程中的小网格剔除装置，其特征在于，所述设置模块进一步用于：

对每一类别的网格，取该类网格体积众数的1％作为需要剔除的微小网格体积下限。