石油工程综合设计（油藏工程）虚拟仿真平台研发及应用

李俊键 姜汉桥 陈民锋

（中国石油大学（北京）油气资源与探测国家重点实验室 北京 102249）

油藏工程数值模拟是石油工程重要的研究手段，是指利用计算机求解油藏数学模型，模拟地下油水流动，给出某时刻油水分布，以预测油藏动态。近年来，由于大型快速计算机的迅速发展，大大促进了油藏数值模拟的广泛应用。由于石油工程行业多研究地下的流体分布，因此借助计算机技术，开发虚拟仿真平台研究油藏动态，便于在课堂上向学生展示油藏流体和压力变化情况，提高教学质量。

1 平台开发的必要性

油藏工程设计的任务是根据一个油田（或一个油藏，或一个开发单元）地质研究成果（油藏描述成果），进行油藏开发方案的设计，以指导油田全面投入开发。随着计算机、应用数学和油藏工程学科的不断发展,油藏数值模拟方法得到不断的改进和广泛应用。通过数值模拟可以搞清油藏中流体的流动规律、驱油机理及剩余油的空间分布；研究合理的开发方案，选择最佳的开采参数，以最少的投资，最科学的开采方式而获得最高采收率及最大经济效益。经过几十年的发展，该技术不断成熟和完善，目前已经成为油田开发方案优选及设计的必需的工具。然而，在本科期间，学生很少接触CMG、Eclipse等数模软件，且目前常用的数模软件学习难度较大，对本科的学生并不友好。

笔者采用MATLAB编程，研发一个功能齐全且操作简单，更适用于CMG、Eclipse等数模软件基础薄弱的本科生实践学习使用的课程设计平台，以期让具有理论知识基础却缺乏模拟实践的本科生动手操作，切身体会油藏开发分析过程，开发方案设计过程以及最优参数选取过程。

2 平台的功能及组成

石油工程综合设计（油藏工程）虚拟仿真平台主界面如图1所示，共包括四个输入模块（Runspec、Grid、Props和Schedule）和一个输出模块（Result）。

软件共分为Runspec、Grid、Props和Schedule四大输入模块和Result输出模块。Runspec模块为模型基本信息模块，需要定义油藏模型X、Y、Z三个方向的网格数，流体组成以及模拟开始的时间。Grid模块为网格静态地质数据模块，需要定义各个网格长度、净毛比、顶深、孔隙度、渗透率、初始含油饱和度和初始压力。Props模块为流体数据如模块，需要定义相对渗透率、油气水密度、油水的PVT属性和岩石的参数。Schedule模块为生产数据输入模块，需要定义时间步以及各个时间步下井的位置和工作方式。Result模块为结果模块，根据上述输入模块内容运行后，可以得到各个时间步下单井以及全部的生产动态，包括日产油/水/液量，累产油/水/液量、含水率以及单井的井底流压。Schedule模块还可以生成不同时间步下油藏各种参数的场图，如图2为含油饱和度的场图。

图2：油藏含油饱和度分布图

四大输入模块包括了油藏数值模拟中网格、网格参数、流体性质、工作制度等全部基础内容，能够使学生初步了解油藏数值模拟流程，快速掌握油藏数值模拟技能，通过输出模块可以对比不同开发方案，从而制定合理的油藏开发方案。

3 平台应用效果

选择5个年级共258名学生参加虚拟仿真平台的效果评价测试，其中90人学习虚拟仿真平台实验组，168名学生学习解析方法作为对照组。两组学生同时上课，结课，从课程成绩、问卷调查、跟踪调查3个方面进行效果评价。

3.1 课程成绩

如表1所示，从课程成绩可以看出，实验组平均分为85.56，对照组平均分为75.32。同时实验组90分以上共27人，占30%，对照组90分以上共16人，占9.5%。实验组大部分学生成绩在80-89分之间，共40人，对照组大部分学生成绩在70-79分之间，共72人。可以看出实验组平均分高于对照组，高分人数也比对照组多。

表1：课程成绩统计表

3.2 问卷调查结果

学生课程认同度调查结果。对照组学生在普遍认为石油工程课程设计有助于加深油田开发过程理解的同时，反应“内容太繁琐”“有些抽象”“枯燥、乏味”等。实验组则大多认为石油工程课程设计帮助很大。“我认为石油工程课程设计所学的内容很重要，很多实际问题都可以得到解决”；“石油工程课程设计是一门从理论到实践的过程，是我们从学校到工作岗位的一个桥梁”；“学习了石油工程课程设计之后，我理解了很多之前不懂的问题，是我知识的一次升华”。

学生教学满意度调查结果。92%的对照组学生赞同讲解清晰、生动，内容掌握并无困难，但同时有75%的学生反映“能做的除了听还是听”。而90%的实验组学生认为分组讨论、案例分析以及专题讲解等教学方式比教师讲课让他们收获更大，同时接触到油藏数值模拟软件，对油藏工程理解更加深刻。分组讨论和油藏数值模拟软件学习得到最多学生的认可。对案例分析以及专题讲解，学生觉得能够帮助他们更好的完成最终报告。

3.3 跟踪调查

统计对照组和实验组学生参加全国石油工程设计大赛参赛以及获奖情况。如表2所示，实验组共17人参加设计大赛，占比18.9%，获奖人数为6人，占比35.2%，其中1人获得大赛二等奖。对照组共8人参加设计大赛，占比4.8%，获奖人数为2人，占比25%，全部为三等奖。

表2：获奖情况统计表

从上述评价结果来看，实验组学生课程成绩整体比对照组学生高，油藏工程论证水平有很大的提升；实验组的学生对课程满意度比对照组高；实验组学生在之后的学习工作中能力更为突出。

4 结束语

通过上述介绍可以看出，本平台功能齐全，包括了油藏数值模拟软件的网格、网格参数、流体性质、工作制度等全部基础输入数据和饱和度场、渗透率场等图像绘制，单井和全区的生产动态导出的基础功能，是本科生接触油藏数值模拟的桥梁，得到了学生的一致好评，且通过教学中的实验对照，发现学习该平台的学生在课程成绩、教学满意度以及后续的参赛情况都有较好的表现。但本虚拟仿真平台模拟只能模拟油水两相油藏，仍有待于进一步完善。