石油工程綜合設計（油藏工程）虛擬仿真平臺研發及應用

李俊鍵 姜漢橋 陳民鋒

（中國石油大學（北京）油氣資源與探測國家重點實驗室 北京 102249）

油藏工程數值模擬是石油工程重要的研究手段，是指利用計算機求解油藏數學模型，模擬地下油水流動，給出某時刻油水分布，以預測油藏動態。近年來，由于大型快速計算機的迅速發展，大大促進了油藏數值模擬的廣泛應用。由于石油工程行業多研究地下的流體分布，因此借助計算機技術，開發虛擬仿真平臺研究油藏動態，便于在課堂上向學生展示油藏流體和壓力變化情況，提高教學質量。

1 平臺開發的必要性

油藏工程設計的任務是根據一個油田（或一個油藏，或一個開發單元）地質研究成果（油藏描述成果），進行油藏開發方案的設計，以指導油田全面投入開發。隨著計算機、應用數學和油藏工程學科的不斷發展,油藏數值模擬方法得到不斷的改進和廣泛應用。通過數值模擬可以搞清油藏中流體的流動規律、驅油機理及剩余油的空間分布；研究合理的開發方案，選擇最佳的開采參數，以最少的投資，最科學的開采方式而獲得最高采收率及最大經濟效益。經過幾十年的發展，該技術不斷成熟和完善，目前已經成為油田開發方案優選及設計的必需的工具。然而，在本科期間，學生很少接觸CMG、Eclipse等數模軟件，且目前常用的數模軟件學習難度較大，對本科的學生并不友好。

筆者采用MATLAB編程，研發一個功能齊全且操作簡單，更適用于CMG、Eclipse等數模軟件基礎薄弱的本科生實踐學習使用的課程設計平臺，以期讓具有理論知識基礎卻缺乏模擬實踐的本科生動手操作，切身體會油藏開發分析過程，開發方案設計過程以及最優參數選取過程。

2 平臺的功能及組成

石油工程綜合設計（油藏工程）虛擬仿真平臺主界面如圖1所示，共包括四個輸入模塊（Runspec、Grid、Props和Schedule）和一個輸出模塊（Result）。

軟件共分為Runspec、Grid、Props和Schedule四大輸入模塊和Result輸出模塊。Runspec模塊為模型基本信息模塊，需要定義油藏模型X、Y、Z三個方向的網格數，流體組成以及模擬開始的時間。Grid模塊為網格靜態地質數據模塊，需要定義各個網格長度、凈毛比、頂深、孔隙度、滲透率、初始含油飽和度和初始壓力。Props模塊為流體數據如模塊，需要定義相對滲透率、油氣水密度、油水的PVT屬性和巖石的參數。Schedule模塊為生產數據輸入模塊，需要定義時間步以及各個時間步下井的位置和工作方式。Result模塊為結果模塊，根據上述輸入模塊內容運行后，可以得到各個時間步下單井以及全部的生產動態，包括日產油/水/液量，累產油/水/液量、含水率以及單井的井底流壓。Schedule模塊還可以生成不同時間步下油藏各種參數的場圖，如圖2為含油飽和度的場圖。

圖2：油藏含油飽和度分布圖

四大輸入模塊包括了油藏數值模擬中網格、網格參數、流體性質、工作制度等全部基礎內容，能夠使學生初步了解油藏數值模擬流程，快速掌握油藏數值模擬技能，通過輸出模塊可以對比不同開發方案，從而制定合理的油藏開發方案。

3 平臺應用效果

選擇5個年級共258名學生參加虛擬仿真平臺的效果評價測試，其中90人學習虛擬仿真平臺實驗組，168名學生學習解析方法作為對照組。兩組學生同時上課，結課，從課程成績、問卷調查、跟蹤調查3個方面進行效果評價。

3.1 課程成績

如表1所示，從課程成績可以看出，實驗組平均分為85.56，對照組平均分為75.32。同時實驗組90分以上共27人，占30%，對照組90分以上共16人，占9.5%。實驗組大部分學生成績在80-89分之間，共40人，對照組大部分學生成績在70-79分之間，共72人?？梢钥闯鰧嶒灲M平均分高于對照組，高分人數也比對照組多。

表1：課程成績統計表

3.2 問卷調查結果

學生課程認同度調查結果。對照組學生在普遍認為石油工程課程設計有助于加深油田開發過程理解的同時，反應“內容太繁瑣”“有些抽象”“枯燥、乏味”等。實驗組則大多認為石油工程課程設計幫助很大。“我認為石油工程課程設計所學的內容很重要，很多實際問題都可以得到解決”；“石油工程課程設計是一門從理論到實踐的過程，是我們從學校到工作崗位的一個橋梁”；“學習了石油工程課程設計之后，我理解了很多之前不懂的問題，是我知識的一次升華”。

學生教學滿意度調查結果。92%的對照組學生贊同講解清晰、生動，內容掌握并無困難，但同時有75%的學生反映“能做的除了聽還是聽”。而90%的實驗組學生認為分組討論、案例分析以及專題講解等教學方式比教師講課讓他們收獲更大，同時接觸到油藏數值模擬軟件，對油藏工程理解更加深刻。分組討論和油藏數值模擬軟件學習得到最多學生的認可。對案例分析以及專題講解，學生覺得能夠幫助他們更好的完成最終報告。

3.3 跟蹤調查

統計對照組和實驗組學生參加全國石油工程設計大賽參賽以及獲獎情況。如表2所示，實驗組共17人參加設計大賽，占比18.9%，獲獎人數為6人，占比35.2%，其中1人獲得大賽二等獎。對照組共8人參加設計大賽，占比4.8%，獲獎人數為2人，占比25%，全部為三等獎。

表2：獲獎情況統計表

從上述評價結果來看，實驗組學生課程成績整體比對照組學生高，油藏工程論證水平有很大的提升；實驗組的學生對課程滿意度比對照組高；實驗組學生在之后的學習工作中能力更為突出。

4 結束語

通過上述介紹可以看出，本平臺功能齊全，包括了油藏數值模擬軟件的網格、網格參數、流體性質、工作制度等全部基礎輸入數據和飽和度場、滲透率場等圖像繪制，單井和全區的生產動態導出的基礎功能，是本科生接觸油藏數值模擬的橋梁，得到了學生的一致好評，且通過教學中的實驗對照，發現學習該平臺的學生在課程成績、教學滿意度以及后續的參賽情況都有較好的表現。但本虛擬仿真平臺模擬只能模擬油水兩相油藏，仍有待于進一步完善。