MBAL培训手册.doc

MBAL培训手册

48
2020年5月29日
文档仅供参考
IPM—MBAL培训手册

INTEGRATED PRODUCTION MODELLING

MBAL

北京阳光杰科科技有限公司

目 录

1.概述 1
1.1物质平衡方程简介 1
1.2工作流程 1
2.数据准备 1
3 .建立基本模型 2
3.1新建工区 2
3.2系统选项 2
3.3 PVT数据 3
3.4输入油藏数据 5
4.历史拟合 8
4.1历史拟合 8
4.2敏感性分析 13
4.3模拟 13
5.预测 14
5.1相渗拟合 14
5.2验证相渗正确性 15
5.3无井模型预测 19
5.4有井模型预测 21
5.5预测达到目标产量需要的井数 29
6.多油藏模型 31
6.1初始化模型 31
6.2第一个油藏的历史拟合 32
6.3拟合第一个油藏的参数 33
6.4两个油藏同时拟合 34

MBAL模块功能简介

MBAL模块集成了大量经典的油气藏动态分析方法,包括:物质平衡法、多层合采产量劈分、蒙特卡洛模拟、递减曲线分析、水驱前缘法、气藏典型曲线法等。IPM对物质平衡的应用进行了发展和创新,不但能对油气藏进行常规的储量和压力复算,还能基于历史拟合对未来的注水、注气、亏空填充等进行动态预测。MBAL充分发挥了物质平衡方法的方便和快捷功能,特别是针对复杂的地质条件(如断块、岩性、裂缝性油藏),它更是必不可少的分析工具。MBAL支持:
l 多个油气储层连通模拟
l 断层封堵性和开启时机模拟
l 双孔、双渗模型
l 气体的循环注入
l 强大的解析水体拟合功能
l 各类油气藏:带气顶的饱和油藏、欠饱和油藏、气藏、凝析气藏等。

1.概述
1.1物质平衡方程简介
物质平衡方程是零维的数学模型,主要功能在于:确定油气藏原始地质储量;判断油气藏驱动机理;测算油气藏天然水侵量的大小;在给定产量的条件下预测油藏未来的压力动态。
对于一个统一水动力学系统的油藏,在建立它的物质平衡方程式时,应当遵循下列基本假设:
(1)油藏的储层物性和流体物性是均质的,各向同性的;
(2)相同时间内油藏各点的地层压力都处于平衡状态,并是相等的和一致的;
(3)在整个开发过程中,油藏保持热动力学平衡,即地层温度保持为常数。
(4)不考虑油藏内毛管力和重力的影响;
(5)油藏各部位的采出量保持均衡,且不考虑可能发生的储层压实作用。
1.2工作流程
(1)数据准备,包括PVT、生产数据、油藏平均压力数据和所有可得到的油藏和水体数据。
(2)输入数据。每个操作步骤都检查数据的正确性和一致性。这对建立一个好的模型很重要。如果选择一口井一口井输入生产数据,确保所有的井属于同一个油藏。
(3)采用非线性回归法(解析法)使模型与生产数据拟合最佳。
(4)用图解法验证解析法拟合质量和正确性。
(5)运行一次模拟测试模型拟合正确性。
(6)进行产量预测。
2.数据准备
(1)PVT数据(以黑油为例)
250 deg F油藏温度下:
泡点压力Pb=2200psig
溶解气油比Rsi=500SCF/STB
泡点压力下体积系数Boi=1.32RB/STB
泡点压力下油粘度µo=0.4cp
油比重=39API
气比重=0.798
水矿化度=100,000PPM
(2)生产数据

如生产时间、油藏平均压力、累积产油/气/水量、累积注气/水量。
(3)所有可获得的油藏和水体数据
如油藏类型、温度、原始地层压力、孔隙度、束缚水饱和度、水压缩系数、初始气顶系数、原始地质储量、投产日期等。
(4)井数据
历史拟合完成后,能够在提供的井信息(包涵IPR和VLP)的基础上进行预测。需要注意的是,在MBAL中执行产量预测,井模型并不是必须的。可是它为物质平衡提供了更切实际的基础,能够与简单的固定产量选项结果进行对比。
3 .建立基本模型
MBAL主界面菜单选项按照其工作流程,从左到右排布,每个选项从上至下排列,简捷明了。
3.1新建工区
在开始>>程序>>Petroleum Experts IPM 8.0中启动MBAL后,选择菜单File<>Material Balance进入物质平衡模块。
3.2系统选项
点击菜单Options,弹出系统选项对话框。对话框分为三个部分:
工具选项(Tool Options):关于模型类型的基本设置,如设定油藏的主要流体。
类型
参数
注释
油藏流体
油
油是主要流体,气顶属性视为干气。
气(干气或湿气)
在分离器中所有液体发生凝析可视作湿气。
反凝析
MBAL用反凝析黑油模型,考虑不同油藏压力和温度下液体析出现象。
普通
带初始凝析气顶油藏或有初始油柱的凝析油气藏。
油藏模型
单油藏
单油藏模型
多油藏
多油藏模型
PVT模型
单一PVT

变PVT
PVT属性随深度变化
生产历史数据
按油藏
输入油藏的生产数据
按井
输入各井的生产数据
组分模型
无

组分追踪
用黑油模型的PVT属性,简单追踪接触分离不同压力下的组分。
全组分
用状态方程计算所有PVT属性,同时追踪流体组分。

用户信息(User Information):用户的基本信息。
用户注释(User Comments):关于模型信息的注释。

定义油藏流体—油,生产历史数据—By Tank。
3.3 PVT数据
为了准确预测油藏压力和饱和度的变化,准确地描述流体属性很重要。理想的情况是有实验室测量的流体样本的PVT数据。如果没有,MBAL提供了多种计算流体属性的方法。
点击菜单PVT>>Fluid Properties,弹出黑油数据对话框,定义黑油属性,如原始溶解GOR、油比重、气比重、水盐度、H2S、CO2、N2的摩尔百分数等。
Seperator选项中选择单级或两级分离器。Controlled Miscibility选项控制当压力升高时自由气怎样重新溶解到油中。

下面介绍用经验公式计算流体属性,并用实验室PVT数据非线性拟合修正公式的方法。点击Match按钮,弹出黑油PVT拟合对话框。输入实验室PVT数据,或用Import按钮输入PVT文件(如PVTp文件),其中必须包括饱和压力时的流体属性。

模型需要选择与实验数据拟合效果最佳的公式,点击Match。

选择要进行拟合的参数,然后点击Calc按钮进行计算。计算结束后,点击Match Param查看各公式的拟合参数,选择修正幅度最小的公式。其中参数1是乘数,越接近1越好,参数2是移位,越接近0越好。标准偏差表示拟合过程的收敛程度,趋近于0最好。当PPb时,用参数3和4。

本例中泡点压力、气油比、体积系数选择Glaso公式,粘度选择Beggs公式。
3.4输入油藏数据
点击菜单Input>>Tank Data,输入油藏模型初始数据。

在油藏参数选项卡中,输入的数据有:
参数
注释
油藏类型
油或凝析油气
名称
输入油藏的名称
温度
假设油藏恒温。
原始地层压力
存在原始气顶时,Pi=油藏温度下的Pb,”Calculate Pb”选项可计算Pb
孔隙度
用于计算岩石压缩系数。
束缚水饱和度
用于计算孔隙体积和压缩系数
水压缩系数
用公式计算或手工输入,假设不随压力变化
初始气顶系数
原始气油体积比,m=(G*Bgi)/(N*Boi)
原始地质储量
输入一个估计值
投产日期
开始生产的日期
Monitor Contacts
监测流体界面,需要输入孔隙体积分数与深度关系

Water Influx选项卡中定义水体,开始不清楚是否有水体存在,选择NO。

Rock Compress选项卡中,岩石压缩系数有四种处理方法:
(1)由公式计算
(2)随压力变化
(3)用户指定
(4)不考虑

生产预测和多油藏历史拟合要应用相对渗透率。Relative Permeability选项卡中,能够输入实验室相对渗透率数据,也能够用Corey 函数计算。其中用Corey函数计算需要的参数如下:
参数
注释
Hysteresis
是否存在迟滞现象
Modified
不修正、用Stone1或Stone2修正
Water Sweep Eff
用于计算油水界面或气水界面
Gas Sweep Eff
用于计算气油界面
Residual Saturation
对于水相指共存水饱和度,对于水驱或气驱是油相残余油饱和度,对于气相是临界饱和度
End Point
各相最大饱和度时相对渗透率
Exponent
定义0点和端点间连线的形状。1表示直线,小于1表示一条凸线,大于1表示一条凹线。
Corey函数:

其中:Ex—x相的终点;
nx—Corey指数;
Sx—x相饱和度;
Srx—相残余饱和度;
Smx—相最大饱和度。

Production History选项卡中输入油藏生产数据。选择Work with GOR,产气以气油比喻式输入。数据能够从文件输入,也可从Excel表格复制、粘贴。

上述是建立基本油藏模型的过程。点击主菜单File>>Save,保存文件。
4.历史拟合
在历史拟合前,要检查生产数据是否与PVT数据一致。比如测试压力是否高于泡点压力,如高于泡点压力,生产气油比应与原始溶解气油比接近。数据检查完成后,就能够开始历史拟合了。
4.1历史拟合
MBAL提供四种不同图形方法进行历史拟合:图解法、解析法、能量图、无因次水体函数WD)图。
点击菜单History Matching>>All,弹出以下三个图形。

(1)解析法(Analytical Method):

解析法用一种非线性回归方法估计未知的油藏和水体参数。解析法中,定油藏压力和次要流体的产量计算主要流体产量。这样计算是因为给定压力后,PVT数据就可直接确定,计算速度比由产量计算压力快的多。
图中纵坐标是油藏压力,横坐标主要相产量(本例中是油)。数据点是输入的生产数据中实际压力随产油量的变化。蓝线表示根据输入的油藏数据模型的计算结果。
计算无水体下油藏产量结果能够验证PVT和其它油藏参数的正确性。无水体曲线总是比实际产量低得多,分布在生产数据点的左边。如果不是这样,需要检查PVT数据。
(2)图解法(Graphical Method):

油藏任何驱动类型的物质平衡方程式,都能够写为如下的直线关系式:

地下采出量 = 原始地质储量 * 总的膨胀系数 + 水侵量
其中

油和释放游离气的膨胀量
气顶气膨胀有关的量
岩石和水的膨胀量
Method菜单下MBAL提供了多种线性方法,如:
油
气和凝析油气
Havlena－Odeh
P/Z
F/Et vs.We/Et
P/Z(超高压)
(F-We)/Et vs.F(Campbell)
Havlena－Odeh(超压)
F-We vs. Et
Havlena－Odeh(水驱)
(F-We) vs.(Eo+Efw) vs. Eg/(Eo+Efw)
Cole ((F-We)/Et)
F/Et vs. F(Campbell－No Aquifer)
Roach(压缩系数未知)

Cole－No Aquifer(F/Et)
如果图形不是线性的,则曲线的形状可能是实际油藏驱动机理的一个好的诊断。回归的直线是能够拖动的,计算的地质储量和水体参数也随之改变。用这些方法的任意一种时,一旦经过对应产量和压力数据得到直线,则完成了”历史匹配”。
上图中Campbell法数据呈递增趋势,说明可能存在水体为油藏补充能量。
能量图(Energy Plot)显示模型驱动能量的相对大小。
根据Campbell图版结果,该油藏外很可能存在水体。回到Tank Data中选择水体模型,并输入相应参数。MBAL提供了十种解析水体模型:Small Pot、Schilthuis Steady State、Hurst Simplified、Hurst and van Everdingen、Vogt and Wang、Fetkovich Semi Steady State、Fetkovich Steady State、Carter-Tracy、Multi-Tank。

再次进行历史拟合:History Matching>>All,显示的图形中增加了水体WD函数图版,显示无限大天然水域和有限封闭天然水域的无量纲水侵量WD和无量纲时间tD的关系。

解析图中,能够看出用当前的水体模型,预测的产量比实际生产值要高,说明水体强度偏大。要使Campbell图数据呈直线分布和解析图中计算结果与实际生产数据拟合,必须调整水体模型和石油地质储量。

激活解析图窗口,点击Regression菜单,进行不确定参数回归分析。选择模型中不能确定的参数,点击Calc按钮进行回归计算。Best Fit栏显示的是回归计算结果,要采用这个结果,点击即输入新值到模型或作为下次回归的新值。重新回归计算再次点击Calc。这样多次回归后,得到稳定的参数值,点击Done结束。

回归计算不确定参数后,图解法Campbell图数据呈线性分布,解析法计算值和生产数据拟合较好。

历史拟合的四种图形方法中,解析法和图解法组合分析模型计算结果,相互验证,用它们调整模型。能量图和WD函数图起辅助诊断作用,不直接计算出数值结果,只提供附加信息。用一种方法调整模型时,其它方法同步显示变化。
4.2敏感性分析
线性处理、求解物质平衡方程时存在多解性。MBAL一次运行一个或多个参数敏感性分析,解决多解问题。
点击菜单History Matching>>Sensitivity,在弹出的对话框中选择要进行敏感性分析的参数,参数的最小值、最大值和步长。

点击Plot按钮开始计算,计算结束后显示每个参数用物质平衡方程求解的标准偏差分布图。对每个参数,最小标注偏差对应的值应当是该参数的最佳值。如果标注偏差的低值分布比较平直,说明参数在对应范围内分布。

Sensitivity选项不能用于多油藏。
4.3模拟
解析法中的回归分析过程是定油藏压力和次要流体产量,计算主要流体(这个例子中是油)产量,而模拟(Simulation)选项执行反向计算,即利用历史拟合得到的模型,定产量项,在用物质平衡法求解压力,其结果应与实测压力数据一致。
点击菜单History Matching>>Run Simulation,弹出如下面板,点击Calc按钮即进行模拟运算。

运算结束后,点击Plot按钮查看拟合的图形结果。图中同时显示实测压力数据和模拟结果拟合较好。

5.预测
5.1相渗拟合
物质平衡方程不能考虑油气渗流空间变化,就不能预测含水和气油比。MBAL用得到的拟相对渗透率线预测含水和气油比。
点击菜单History Matching>>Fw Matching,用相对渗透率曲线创立多相流曲线。点击菜单栏Regression选项,软件将用实际生产数据拟合多相流曲线。这时,将调整相渗曲线Corey的端点值和指数值,产生一组相渗曲线,选择能与生产数据结果拟合最佳的曲线,用于预测含水率随饱和度的变化。

拟合结果如下:

含气率也用同样的方法处理。
5.2验证相渗正确性
分流量曲线和生产数据拟合好后,模型计算的含水就应当和生产数据拟合良好。然而,实际上由于数据存在错误和点的分散性,含水的拟合并不总是完美。如下图:

为了准确定量得到实际含水与计算值的差别,需要再进行含水拟合。此时定产油量(不是产水或产气量),在分流量曲线基础上计算含水和气油比,与生产数据拟合。具体操作步骤如下:
(1)点击主菜单Production Prediction>>Prediction Setup,弹出Prediction Calculation Setup对话框。
(2)Predict下拉框中选择Profile from Production Schedule[No Wells],该选项忽略井和管汇的作用,只考虑油藏和水体。
选择Use Relative Permeabilities选项,要输入主要相产量,MBAL用相渗曲线和突破点(Breakthrough)计算其它相产量。不选该项则要输入所有相的产量,忽略相渗曲线和突破点。
预测从投产开始,没有生产数据时结束。

(3)从油藏数据中提取产油量数据。点击主菜单Production Prediction>>Production and Constrains。

在弹出的对话框中点击Copy按钮。出现以下信息,选择Yes后,把前面输入的油藏产油量数据传输进来。

(4)设置输出报告的日程,点击主菜单Production Prediction>>Reporting Schedule,选择自动生成(Automatic)。

(5)运行预测,点击主菜单Production Prediction>>Run Prediction,点击Calc开始计算。结束后,就会在表格中显示预测结果。

(6)比较结果。上图中点击Plot,将显示压力随时间变化曲线。点击图形菜单Variables,再添加含水的拟合对比曲线。相渗的质量由产水量拟合情况来判断。图中压力和含水拟合都比较好,说明模型能较好的反映油藏实际情况,能够预测油藏未来生产情况。

5.3无井模型预测
(1)点击主菜单Production Prediction>>Prediction Setup,弹出Prediction Calculation Setup对话框。
(2)Predict下拉框中选择Profile from Production Schedule[No Wells],预测油藏的压力变化,这是经典的物质平衡计算。
选择Use Relative Permeabilities选项。预测从生产数据终止开始,预测终止选择Automatic,即预测到以下条件之一为止:
—所有的井都停产;
—预测时间达到80年;
—计算机内存已满。

(3)设置生产条件。点击主菜单Production Prediction>>Production and Constrains。设置油藏保持10000STB/day产油量生产,直到能量枯竭。

(4)运行预测,点击主菜单Production Prediction>>Run Prediction,点击Calc开始计算。结束后,就会在表格中显示预测结果,有油藏压力、饱和度、非主要相产量和累积产量等。

5.4有井模型预测
点击主菜单Production Prediction>>Prediction Setup,弹出Prediction Calculation Setup对话框。
Predict下拉框中选择Production Profile Using Well Models。

在Production and Constraints面板中,指定井口压力。

点击菜单Production Prediction>>Well Type Definition,定义井模型。按下图所示添加井。

定义井的类型:Oil Produce。

Inflow Performance选项卡中,输入PROSPER创立的IPR模型。假设井的PI未知,PROSPER能够输出包含所有流入信息的*.mip文件供MBAL计算PI。在下图中选择Match IPR按钮,mip文件由此输入。

点击Import按钮。在弹出的对话框中选择文件路径和文件名。

确定后MBAL输入文件,完成后出现以下信息。

mip文件中的油藏压力、含水和测试数据在MBAL中显示,点击Calc按钮将拟合测试数据得到PI和Vogel模型。

确定后计算PI结果赋值给模型。

More Inflow选项中可添加废弃和突破点约束条件。如果没有信息,点击Next。

Outflow Performance选项卡中,输入PROSPER生成的举升曲线,点击Edit按钮。

点击Import按钮,输入PROSPER生成的.tpd文件。

输入完成后显示以下信息。

下图中显示VLP数据信息。

点击Plot按钮显示举升曲线。

井模型建立完成后,返回MBAL主界面,新建立的井图形和油藏连接。

点击主菜单Production Prediction>>Well Schedule,用前面的井信息定义井的日程。Start Time—井投产日期,要保证先于或等于预测开始日期。End Time—关井日期,空白表示没有关井。Down Time Factor—常数,定义井平均产量和瞬时产量间的关系。平均产量用于计算累积产量,瞬时产量用作计算井口压力和井底流压。如果取10%,Qavg=Qins*(1.0-0.1)。该常数用于考虑修井和恶劣天气后重新开井。

设置报告频率为自动。选择Keep History选项后,忽略相渗曲线直到预测油藏压力计算的第一个时间步。也就是初始化油藏直到预测开始,用实际的水/气生产数据和相渗计算结果对比。该选项特别用于当分流量只拟合少量数据,而整个生产历程很长时。

完成以上步骤后,能够进行预测了。

5.5预测达到目标产量需要的井数
点击主菜单Production Prediction>>Prediction Setup,弹出Prediction Calculation Setup对话框。
Predict下拉框中选择Calculate Number of Wells to Achieve Target Rate。选择产量目标类型:产油量或产气量,模块将计算满足目标产量需要的井数。

输入压力和目标产量等生产条件。

点击主菜单Production Prediction>>Potential Well Schedule,在弹出的对话框中定义最多可用多少井等信息。

运行预测,计算不同时间的开井数和产量信息。产量竟可能保持在16000STB/d。

6.多油藏模型
当油田被断层分隔成几个断块时,如果断层是封闭的,那么断块之间没有流体交换,MBAL分别为每个断块建立模型。相反,如果断层是完全开启的,那么整个油藏能够当作一个MBAL油藏模型。
然而,如果断层是半开启的,那么存在断块之间的瞬时流体传递(由断块间的压力控制)。MBAL中用户能够创立油藏间传导率随时间变化的多油藏模型,来模拟复杂油气藏。
6.1初始化模型
点击菜单Options选择多油藏选项。Tank Model选择Multiple Tanks。
输入第一个油藏的PVT数据和Tank Data数据,同建立基本模型一章所述。

6.2第一个油藏的历史拟合
点击菜单History Matching>>All,弹出历史拟合图版。
图解法中Campbell图显示油藏提供的驱动能量(初始的直线段),而后数据有递增的趋势。这说明初始油藏没有外来能量,后来得到能量补充。补充的能量不会是水体(如果是这能够从投产能够看出),而且能够得到结论,断层已经开启,第二个油藏为该油藏提供了能量。
这样的情况下,历史拟合时先对第一个油藏单独拟合初始生产阶段,之后再拟合第二个油藏对后期生产的影响。

隐藏后期生产发生明显变化的数据点。在解析图版中,拖动鼠标右键形成一个矩形框,选择后期生产发生明显变化的生产数据。

当释放右键后弹出下面窗口,状态选择Off,所选数据即被隐藏。

要注意的是,拟合数据范围发生变化,需要在解析图版中点击菜单Calculate重新拟合回归。这样用户就能够历史拟合第一个油藏没有外来能量补充的生产过程。
6.3拟合第一个油藏的参数
在解析图版菜单点击Regression项。

原始石油地质储量被设置为一个回归参数。计算结束后,历史拟合图版会改变成如下图样:

图解法Campbell图数据现在呈线性分布,解析图版中模型也能产生与实际数据拟合很好的结果。
6.4两个油藏同时拟合
激活第二步隐藏的数据点,方法同前。
为了拟合生产发生变化的数据,要创立第二个油藏并同第一个连接起来。开始,能够用复制功能拷贝第一个油藏。点击油藏参数输入面板中按钮。

一个新油藏被创立,重命名为Tank-2,可直接在文本框中修改。点击Done关闭窗口。

完成上述步骤后,第二个油藏想显示在MBAL图形界面上。点击面板左边按钮MOVE按钮,能够在界面上拖动油藏。

点击Connect按钮,鼠标点击一个油藏再拖动到另一个油藏,将创立油藏间的连接,传导率面板也会自动弹出。

初步估计传导率为5RB/day*cp/psi。
回到主界面,两个油藏之间用一条线连接起来。

第二个油藏是用第一个拷贝的,应当删去其中的生产数据,因为只有第一油藏才有生产数据。打开第二个油藏的生产数据项后,在表头点击右键,选择Clear Table项。

回到MBAL主界面,点击History Matching>>All,Tank2的图形出现,没有生产数据,所有图形都没有显示内容。解析图版中选择Tank>>Tank-1。下图显示的是第二个油藏对整个模型特征的影响。

MBAL在油藏间的压差达到某一值后能够激活传导率,也就是油藏之间有能量传递。回到MBAL主界面,点击菜单Input>>Transmissibility data,设置压差界限为1000psi。

解析图版上显示当两油藏见压差界限设为1000psi时,第二个油藏的影响。

重新回归参数。只回归新的参数:Tank-2的原始石油地质储量和传导率。点击Accept All Fits接受所有的结果。

图版中历史数据和模型能够很好的拟合。

模拟的压力数据也和实际数据符合。

要分析油藏间压差的变化,能够选择上图Variables按钮,在下图中选择显示油藏间压力。能够看出第二个油藏压力不会下降直到两油藏间压差达到1000psi。