计算机模拟技术在石油工程中的运用

摘 要伴随着我国社会经济的不断发展,也相应的促进了我国石油行业的发展,在实际的石油工程当中,通过运用现代化的计算机技术,进而全面的提高了石油工程的质量,更好的促进了石油企业发展.因此,本文主要针对于计算机模拟技术在石油工程中的运用进行了具体的分析和研究,希望通过本文的探讨,能够为相关方面的研究提供理论性的参考.

【关 键 词】计算机模拟技术石油工程运用黑油模型裂缝模型

1计算机模拟系统在钻井工作中的应用

1.1钻井概述

所谓钻井就是在油田开采之前,选择相应的地表位置进行向上或一侧的打孔,直至到油层的位置.根据对钻井的目的分类大致可分为区域普查井、探井、开发井以及特殊用途井等；根据钻井的钻入角度的不同,可以大致分为直井、定向井、水平井等；根据对钻井的钻入深度不同进行分类大致可分为浅井、深井、中深井、超深井以及特超深井等.

1.2钻井的发展史

钻井最开始时期是人们想获得地下的盐,以供人们生活所使用,在偶然的情况下获得了地下的石油,为此人们也将利用钻井的形式来获取地下更多的石油,这也是我国石油工程中的第一口油井.在1521年之前钻井的方法都是采用人工掘井的方式,从这以后才研制出人力冲击钻的钻井方法,一直到1859年科技不停的发展,也研制出我国第一台冲钻机械,到现今为止,钻井发展中经历了旋转钻、自动化冲钻机械等一直到当今油田工程中所使用的计算机模拟系统的钻井方法,为石油工程的发展创造出更有利的条件.

1.3影响钻井的主要因素

在钻进下钻的过程中,会出现很多因素影响下钻的工作效率,大致可分为可控制因素和不可控制因素,每一种影响钻井的因素都可能决定钻井的成功与否.可控制因素,主要是指通过一些手段和技术能对其控制的因素,比如,在钻井中使用的钻头类型、下钻钻压、器械的转速、泵机的压力、以及地表机泵的设备等；不可控制因素,主要是只客观存在的通过设备和技术无法改变的因素,例如,储油层的深度、所钻地层的可钻性、所钻地层的压力、所钻地层的岩性以及研磨性等.钻井的成功率是石油企业重点关注的问题,为了能提高钻井的成功率就需要对可控制的因素进行不断的优化,而优化的基本策略要根据钻井中所涉及到的可研性、地应力、岩性等进行相关的优化,尤其是对所钻地层的参数,这将决定在钻井过程是否能精确的达到相应的油层位置.

1.4计算机模拟系统在钻井中的应用

利用传统的钻井方式在钻井的过程中,对所钻位置的地质情况、深度等没有较好的数据分析,就算是有合理的管理制度,有效的指挥措施,但是在不知情的情况下进行钻井,也会对钻井的效益产生一定的影响,岩层地质的复杂性是无法想象的,因此,要运用钻进技术和优化钻进的手段来提高钻进的工作效率.通过对多方面的优化研究表明,利用计算机模拟系统将其应用到钻井工作中会为钻井工作带来很大的帮助,尤其是对不可控制因素的了解更明显.计算机模拟系统主要针对钻井施工所在地的地质情况分析；施工方案的模拟；注水泥设计的模拟；对下钻工具的力度掌控；对实际井眼偏离设计井眼轨道的修正；对钻井控制的模拟；对所钻地质的倒向控制；对钻头和其他器械的选择和参数上的配置；钻井模拟教学等.

2计算机油藏模拟技术的应用

随着社会科技的不断进步,油田行业的发展也在不断的加速,同时在油田开发和勘探方面的费用也越来越高,不仅需要掌握油田开发地质的各种参数数据,还要根据不同的地质特征来制定相关的分布图的模型,尤其是油藏的位置模型非常重要,要采用相关的油藏技术对其进行三维空间定量的研究,才能有效的描述油藏的位置,进而制作模型.所谓油藏技术,就是对油藏的流体、沉积、构造等特征进行三维油藏地质的模拟.因此,油藏技术可以说是在油田开采行业中占有非常重要的地位,促进油田行业的发展,还需要从优化油藏技术的角度出发.根据当今形式的发展,我国将计算机技术与油藏技术相互结合的使用称为计算机油藏模拟技术,更进一步优化油藏技术,为油田行业做出巨大的贡献.其中利用计算机油藏模拟技术制作较为常用的模型有黑油模型、裂缝模型、组份模型、蒸汽驱模型、化学驱模型等.

2.1黑油模型

黑油模型被油田行业广泛的应用,其中在砂岩油气田的开发中经常用到,黑油模型由三组份形成的三维三相模型,其中三组份主要包括水、气、油等三部分组成.根据当今的发展趋势,传统的开发方案已经不足以满足现在油田开发的需求,尤其是对油田新区的开发,需要对开放方案进行处理和优化,而通过计算机模拟技术开发的黑油模型能有效的满足当今油田开发的需求,在油田新区的开发中得到广泛的应用,另外黑油模型还可利用到油田老区,用来确定油田老区开采之后剩余油资源的分布,进而达到增加油产量,提高油田开发的效果.除此之外,黑油模型还在地下水层储气等油矿方面得到广泛的应用.根据它的使用情况可以推断出,黑油模型不仅是油藏模拟技术中使用的最广泛的模型,同时它还是其他油矿开采模型发展的基础,在油田行业中的应用极大.

2.2裂缝模型

油气藏的种类多种多样,裂缝油气藏的开采是比较多的,根据名字大概可以分析出存在裂缝之间的油气藏.事实就是如此,裂缝性油气藏是由渗透性比较强的自然裂缝和岩层延性紧密的基质岩块组成的,由此可以看出,这类油气藏的开采相对比较困难一些,并不是由单一性质的孔隙介质组成的油气藏,对于此类油田的开采措施也做了相应的优化策略.根据计算机模拟技术的应用,针对这类裂缝油气藏的开采建立了裂缝模型的开采模式,裂缝模型主要是采用双重介质渗流的开采模式,对于这样特殊的油气藏模拟来说是非常有效的.主要应用于华北、四川等地,根据我国的油气藏分布情况来看,大多数的裂缝性油气藏都处在华北、四川等一带.较为常见的裂缝油气藏主要由花岗岩、石灰岩、变质岩等物质构成.

2.3组份模型

随着计算机技术的不断发展,在石油工程中应用的计算机模拟技术也针对各种不同的油气藏制定相应的模拟技术.尤其是在针对开采难度较大轻质油藏、凝析油气藏以及挥发性较强的油气藏等,由于这些油气藏的油质极其的不稳定,甚至会出现物化反应的情况.因此,针对这种不稳定的油气藏仅仅采用以上的模拟方式是无法来完成的,在利用油、水、气等采用多孔介质来描述流体流动的情况的基础上,还需要对油气相中的烃类成分瞬间相变的程度做以了解,这种模拟技术的形式又叫组份模型.组份模型主要应用范围在带油环和低水的凝析油气藏以及纯凝气藏等开采难度比较困难的油气藏中.组份模型在计算机模拟技术的研究领域中是比较复杂的一项研究,模拟研究内容主要包括干气、氮气、二氧化碳等气体注入以及循环注气开采、衰竭开采等方向的研究,通过多项的研究可以解决在油气藏开采中遇到的相关问题,比如：对类型的准确判断性、开采方式的选择合理性、对流体的评介、地面分离工艺、确定开工程序、最后开采的收益情况估计等多种的分析以及相关的解决方式,对于油气藏开采工程师来说,这无疑是给予他们最有力的依据,并做出正确的开采方针.从此看来,计算机模拟技术为石油工程领域做出了重大的贡献,充分促进了石 油工业的发展.

2.4蒸汽驱模型

在多种多样的油气藏中,其中有一种油气藏是非常特殊的,稠油油田的油气藏中的油质粘稠度是非常大的,有些油气藏的油质稠度甚至不会出现流动,对于这类的油气藏开采是十分复杂而麻烦的,而且,最重要的是不能充分的对这类油气藏进行开采.据统计,我国所有油田的油气藏中有10%的油气藏属于这种稠油型的油气藏,对于这种稠油油田的开采如果继续使用常规的办法的话,会非常浪费资源、人力以及物力,而且还不能有效的进行开采,比正常开采的利润要降低的很多,依靠注水和天然的能量来开发这种类型的油田根本得不到多大的利润.稠油油田的开采已经被国家列为重点关注的问题,为此做出了相应的研究成果.利用蒸汽驱的热力学原理和蒸馏的作用,来对这种油质稠度较大的油气藏进行开发,实现降低油气藏油质的稠度,提高油质的流动性,进而达到油田开采高利润的目的,这种方式名为蒸汽驱模型.很明显通过计算机模拟技术研制的蒸汽驱模型的利用,在稠油油田开采中取得了很大的成就.蒸汽驱模型的原理是在采用方法上除了采用一般油田注热水的方法外,还采用蒸汽驱和蒸汽吞吐的方法来实现降低油质的稠度.蒸汽吞吐主要是应用在油质稠度较大但还达不到没有流动性程度的油气藏开采中,应用很广泛,而蒸汽驱的应用则是继蒸汽吞吐更深一层的工作,主要应用在油质稠度特别大,甚至失去流动性的油气藏的开采中.就使用程度上来说,蒸汽驱的使用条件要高于蒸汽吞吐的使用条件,在使用蒸汽驱的过程中,要求油气藏的埋藏深度不得过深,而且油气藏的厚度要保证在10米以下,要保证在开采位置的泥岩夹层较少的地方进行工作,否则将会对蒸汽驱造成一定的影响.因此,这也是蒸汽驱由于要求过高很少进行实地试验的原因.另外,蒸汽驱模型的应用还可对油田开采中蒸汽吞吐的效果进行预测以及对蒸汽吞吐设计最佳的吞吐周期.因此,蒸汽驱模型的采用,大大促进了石油工业的发展,为油田工业创造了更多的利润.

2.5化学驱模型

在石油工程中,采油量与产业利益有着直接联系,如何在原有的方式上增加产油量是我国石油工程中重点研究的课题.终于不负众望,在经过长时间的实验和研究之后,通过利用化学的原理达到在原有的程度上增加油产量,名为化学驱模型.化学驱模型主要是通过对注入水中加入一些化学溶剂,目的是为了降低地下相互之间的界面张力,由于在油气藏中有很多部分的原油都会由于界面张力的作用,使这些原油无法被开采出来,而化学驱模型可以解决这个问题,降低地表下相应的界面张力,使得在地下被束缚的原油有重新的流动被开采出来,直接增加了原油的采收率,这也是通过矿场实地试验以及试验室模拟实验充分证实的,是能有效增加原油产量的一种重要方法.但是,在使用化学驱模型的过程中还需要注意最关键的环节,就是对化学溶剂的调制,要根据不同油田的不同特点进行调制,化学溶剂的调制要根据计算机模拟技术中所提供的相关参数进行计算,如：液相粘度、渗透率、原油的饱和度等相关的计算,同时要结合地下的界面张力进行分析,这个计算过程是比较繁琐的,而后达成的目的就是要控制驱替相与被驱替相两者之间界面张力的变化,同时还需要注意在通过化学溶剂实现到较小的张力之后所存在的岩石之间相互吸附的问题.

根据现今石油工程开采的情况分析,很多油气藏在开采的过程中的吸附过程都会对聚合物或活性剂造成一定的损耗,在此同时也降低了段塞驱替该有的效果,而且还增加了驱动水带的推进速度直接超过段塞的推进速度,这种情况之下极有可能出现驱动水超越的现象,这对油气藏开采也会造成一定的影响.据统计,我国石油工程开采中,只有极少一部分油气藏在采用这种方式进行开采,其主要是因为化学驱模型的驱替过程比较繁琐复杂,而且由于很多油气藏开采工作都受到技术和经济的限制,使得化学驱模型很少被应用,而大多的研究成果都是从实验室和理论研究上得来的.但是,可以断定的是化学驱模型确实能有效的帮助油田工程解决两大难题.一,可以利用化学驱模型对开采碱水驱、微乳液驱、聚合物驱、活性水驱等相关的过程进行模拟,预测相关因素的开采条件,优化相应的开采工作,从而达到提高开采效率的目的,是作为开采方案设计的有力依据；二,对油气藏开采中使用的驱油机的相关因素进行了解,如,压力的分布情况、驱油的特性、饱和度的分布情况等都是与驱油机息息相关的因素,了解这些才能掌握驱油机的整个驱油过程,进而促进石油工程的良好进行.

3结束语

本文针对于计算机模拟技术在石油工程中的运用进行了具体的分析和研究,通过本文的探讨,我们了解到,通过有效的运用计算机模拟技术,能够解决石油工程中的很多难题,能够节省大量的时间,并且有助于促进石油开采的效率,使石油企业能够获得更大的经济效益,促进石油企业的长远发展,进而推动我国社会经济的长远发展.