Basic Applied Reservoir Simulation

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出版者:Society of Petroleum Engineers
作者:Ertekin, T.
出品人:
页数:406
译者:
出版时间:2001
价格:0.00 元
装帧:平装
isbn号码:9781555630898
丛书系列:
图书标签:
  • Reservoir Simulation
  • Oil and Gas Reservoir
  • Numerical Methods
  • Petroleum Engineering
  • Fluid Flow
  • Energy
  • Engineering
  • Science
  • Mathematics
  • Software
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具体描述

Reservoir engineers benefit from a good understanding of reservoir simulation. While most engineers rely on commercial software packages for the calculations, it can be impossible to evaluate the validity of results without a solid foundation in the underlying principles. This textbook provides comprehensive coverage of simulation. It begins with the fundamentals of numerical simulation, moving to field applications and more complex topics. Each chapter includes a project section that relates to the implementation of the topics discussed in that chapter. Includes 157 solved examples and 178 exercises.

基础应用油藏数值模拟 深入探索油气田开发核心技术,构建高效决策支持系统 (本书内容简介,不涉及《Basic Applied Reservoir Simulation》的相关内容) --- 第一部分:油藏工程基础与数值模拟的基石 本书聚焦于现代油气田开发中不可或缺的核心技术——油藏数值模拟。我们首先建立坚实的理论基础,探讨油藏系统从地质描述到流动规律的数学建模过程。本书致力于将复杂的地下物理过程转化为可计算的工程模型,为后续的数值求解奠定基础。 第一章:油藏系统描述与地质建模 本章详细阐述了油藏描述的层次与方法。成功的油藏数值模拟始于对地下实际情况的精确刻画。我们将深入研究岩石和流体属性的测量技术,包括实验室分析(如岩心渗透率、孔隙度测试)和地球物理勘探数据(地震、测井)。重点讨论如何将离散的地质信息(如地层接触、断层几何结构、岩相平面分布)集成到统一的、适合数值模拟的网格系统中。我们将分析各种地质建模工具和技术,包括地质统计学在不确定性刻画中的应用,以及如何构建反映实际储层非均质性的三维模型。 第二章:油藏流动物理与控制方程 本章是数值模拟的理论核心。我们从宏观角度审视油气在多孔介质中的流动。主要内容包括:达西定律在三维、多相流体流动中的推广,质量守恒原理(连续性方程),以及能量守恒方程(对于热力学模拟)。针对原油、天然气和水三相流动的复杂性,我们将推导和分析适用于油藏工程的偏微分方程组。特别地,本书将详细探讨毛管压力、相对渗透率等非线性项的物理意义及其对流动计算的影响,为理解数值求解器的输入参数提供深入的物理背景。 第三章:数值方法与离散化技术 从偏微分方程到计算机可解的形式,需要先进的数值方法。本章侧重于将连续的控制方程转化为离散的代数方程组。我们将系统介绍有限差分法(FDM)在线性和非线性扩散问题中的应用,并详细讲解有限体积法(FVM)——其在精确保持物理量守恒性方面的优势,特别是在处理复杂网格结构和界面流动时的应用。此外,本书还将涵盖网格生成技术,包括结构化网格、非结构化网格以及混合网格的构建,以及如何处理网格畸变带来的误差。对于瞬态问题的处理,我们将分析显式、隐式以及完全隐式时间步进方案的稳定性和精度权衡。 --- 第二部分:数值求解器与计算技术 本部分将技术重心从物理建模转向高效的计算实现。油藏模拟器的核心在于求解大规模、高非线性的代数方程组。本章将深入探讨迭代解法和线性代数求解器的优化策略。 第四章:非线性方程组的求解策略 油藏模拟方程组通常是高度非线性的,主要源于流体相态变化和渗流系数的依赖性。本章详细剖析牛顿法及其变体(如线搜索、阻尼因子控制)在线性化非线性方程组中的应用。我们将讨论如何有效地计算雅可比矩阵,以及处理收敛性问题(如步长选择和初始猜测值的优化)。对于求解过程中可能出现的物理上不合理的解,我们将介绍稳定化技术和边界处理策略。 第五章:线性方程组的求解与预条件子 在线性化迭代的每一步,都需要求解一个庞大且通常是稀疏的线性方程组。本书区分了直接法(如LU分解)和迭代法(如GMRES, BiCGSTAB)。重点在于迭代法的应用和预条件子的构造。我们将详细讲解代数多重网格(AMG)和基于区域分解的预条件子,分析这些技术如何显著加速大型三维模型(包含数百万单元)的求解过程,确保模拟计算的可行性和效率。 第六章:数值模拟器的架构与流程控制 一个完整的油藏模拟器不仅仅是一个求解器,它是一个集成系统。本章探讨模拟器软件的整体架构,包括输入数据解析、网格管理、时间步控制和输出结果后处理模块。我们将重点讨论时间步长的动态调整策略,如何在保证稳定性的前提下最大化时间步长以提高计算效率。此外,还涉及如何处理复杂边界条件(如注井和采井的瞬时变化)和模拟运行中的错误检测与恢复机制。 --- 第三部分:多相流与高级应用场景 本部分将理论应用于实际工程问题,探讨在特定复杂油藏条件下如何构建和运行可靠的模拟模型。 第七章:多相流与相态变化处理 油藏模拟的核心挑战之一是准确处理原油中组分(如轻烃、原油、天然气)在不同压力和温度下的相态变化。本章深入研究PVT(压力-体积-温度)数据的输入、相区计算以及闪蒸模型。我们将分析瞬态(或称时间推进式)模拟中,如何精确追踪多组分流体的相态和体积变化,以及这些变化如何影响有效渗透率和组分在孔隙中的迁移。 第八章:非常规储层与复杂流动机制 随着非常规油气勘探的兴起,传统模拟方法需要适应新的物理现象。本章聚焦于页岩气、致密油等储层特点。内容包括:基质-裂缝耦合模型(Dual-Porosity/Dual-Permeability),用于描述双重介质中的流动;考虑滑移效应和朗肯-阿德勒效应的超低渗透率流动模拟;以及水力压裂改造对近井区域渗透率和导流能力的动态影响建模。 第九章:不确定性分析与优化 油藏模拟的最终目的是为生产决策提供支持。本章探讨如何通过模拟进行历史拟合(History Matching)和未来预测。我们将介绍统计学方法,如卡尔曼滤波和蒙特卡洛模拟,用于量化地质模型和参数估计中的不确定性。重点讨论优化算法在开发方案选择中的应用,例如如何利用代理模型(Surrogate Models)加速敏感性分析和优化求解,以确定最佳的井位部署、压裂设计和生产调度策略。 --- 第四部分:模拟结果的验证、可视化与后处理 精确的模型和高效的计算必须辅以可靠的验证和直观的展示。本章关注模拟结果的质量控制和工程应用。 第十章:模型验证、误差分析与网格收敛性 任何模拟结果的可靠性都依赖于严格的验证过程。本章讲解“解析解验证”和“网格收敛性测试”的方法,确保数值解趋近于数学模型的真实解。我们将分析数值色散(Numerical Dispersion)和数值振荡(Numerical Oscillation)的来源,并介绍诸如特征线法或高阶格式等抑制这些误差的技术。此外,还将讨论如何通过物理解释来验证模拟结果的合理性,避免“数学上正确但物理上错误”的结论。 第十一章:集成可视化与交互式后处理 本章强调数据可视化在理解复杂油藏动态中的关键作用。我们将介绍如何利用先进的可视化工具来展示三维网格、流线、压力和饱和度分布。重点在于时间序列数据的分析,包括生产动态曲线的拟合、井下剖面的重建,以及如何构建交互式的三维视图,使工程师能够直观地“看到”流体在地下储层中的真实流动路径和相态演变。 --- 本书特点: 本书内容结构严谨,从基础的物理方程到前沿的计算技术,覆盖了现代油藏数值模拟技术的全貌。它不仅提供了必要的理论框架,更侧重于工程实践中的关键挑战和解决方案,旨在培养读者构建、校准和应用高精度油藏数值模型的能力,是油藏工程师、地球科学家和相关研究人员不可或缺的参考资料。

作者简介

Turgay Ertekin is the Quentin E. and Louise L. Wood Fellow, Professor of Petroleum and Natural Gas Engineering, and Associate Head of the Dept. of Energy and Geo-Environmental Engineering at The Pennsylvania State U., where he has been a faculty member since 1978. He holds BS and MS degrees in petroleum engineering from the Middle East Technical U. in Ankara, Turkey, and a PhD degree in petroleum and natural gas engineering from The Pennsylvania State U. Ertekin has served on several SPE committees and was Executive Editor of SPE Formation Evaluation from 1992 to 1994. He received the Matthew J. and Anne C. Wilson Outstanding Teaching and Outstanding Service awards from The Pennsylvania State U. College of Earth and Mineral Sciences in 1982 and 1999, respectively. Ertekin is the recipient of the 1995 Pennsylvania State U. Graduate Faculty Teaching Award and the 1998 SPE Distinguished Faculty Achievement Award. He has authored or coauthored three books and numerous technical papers. His main research interest is in the area of mathematical modeling of fluid-flow dynamics in porous media.

Jamal H. Abou-Kassem is Professor of Petroleum Engineering at the UAE U. in the United Arab Emirates, where he has taught since 1993. Before joining the UAE U., he was an associate professor of petroleum and natural gas engineering at The Pennsylvania State U. from 1985 to 1992. Abou-Kassem held posts with the Research Inst. of KFUPM (1981 to 1984) in Saudi Arabia and Pan Canadian Petroleum Ltd. (1978 to 1979) in Canada. He holds a BE degree from Cairo U. and an MS degree from the U. of Alberta, both in petroleum engineering, and a PhD degree in reservoir simulation from the U. of Calgary. Abou-Kassem is a member of SPE and the author or coauthor of more than 25 technical journal articles in the areas of reservoir simulation, thermal and polymer EOR methods, fluid flow through porous media, fundamental properties of natural gas, and pressure-test analysis of fractured wells.

Gregory R. King is the petroleum engineering adviser and reservoir engineer for the South Africa Business Unit of Chevron Overseas Petroleum Inc. He holds BS, MS, and PhD degrees, all in petroleum and natural gas engineering, from The Pennsylvania State U. He has worked for Chevron Geosciences Co., Houston, as a reservoir engineer in the Simulation Support Section; as a lead reservoir engineer of the Reservoir Engineering Section at Chevron Exploration and Production Services Co., Houston; as a lead/senior reservoir engineer of Chevron U.K. (CUK) Ltd.’s Reservoir Management Section in London; and as a senior reservoir engineer of the CUK Petroleum Engineering Dept. in Aberdeen. King has conducted simulation studies for long-term forecasts, reserve estimates, and field appraisals and has provided user support, maintenance, and enhancement for in-house simulators. He has authored or coauthored numerous technical articles, mainly in the areas of fluid flow in porous media and in simulation. In 1997, he was recognized by the College of Earth and Mineral Sciences at The Pennsylvania State U. as one of its Centennial Fellows.

目录信息

• Basic reservoir-engineering concepts and reservoir-fluid and –rock properties
• Basic mathematical concepts
• Formulation of basic equations for single-phase flow
• Finite-difference approximation to linear-flow equations
• Well representation
• Solution of linear difference equations
• Numerical solution of single-phase-flow equations
• Multiphase-flow simulation in petroleum reservoirs
• Practical aspects of reservoir simulation
• Relationships between numerical reservoir simulation and classical reservoir engineering approaches
· · · · · · (收起)

读后感

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用户评价

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读完这本书,我最大的感受是作者似乎在努力平衡深度和广度,但最终的结果是两边都没能完全把握住。对于追求理论深度的读者,书中对偏微分方程的求解算法(如时间步进策略、收敛准则)的介绍不够深入,缺少对不同算法稳定性和计算效率的深入比较和分析,使得读者难以形成批判性的视角来选择或改进算法。而在应用层面上,书中对油藏工程中的关键决策点,如酸化压裂优化、提高采收率(EOR)技术的流体和化学反应模型,仅仅是泛泛而谈,缺乏具体的参数化指南和模拟案例来展示这些高级技术的实际部署流程。 比如,在EOR模拟中,涉及到相态平衡计算、反应动力学以及界面张力变化等复杂物理过程,这需要非常精细的网格控制和时间步长调整。本书对于这些高难度模拟场景的讲解,如同在概述一个食谱的名字,却对关键的烹饪步骤轻描淡写。这使得本书更像是一本“油藏模拟概念的目录”,而不是一本能够真正教会读者“如何模拟”的实用手册。我希望作者能够更侧重于某一两个关键的工程问题,比如非常规油气藏的渗流模拟,然后用大量的篇幅来展现从数据输入到最终报告的全过程,而不是将所有知识点都浅尝辄止。

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我带着对油藏数值模拟技术的热切好奇心翻开这本书,本以为能在这本标榜“基础”与“应用”的著作中找到打开行业大门的钥匙。然而,阅读体验更像是在攀登一座装饰着大量复杂公式的陡峭山峰,山顶的风光固然壮丽,但攀登过程中的补给和路径指示却严重不足。尤其是在数据输入与结果解释的部分,这本书几乎没有提供任何实用的指导。例如,当我们面对实际的地震解释数据或测井曲线时,如何恰当地插值和建立初始的物性参数分布?书中对此几乎是含糊其辞,直接跳跃到成熟的模型求解。这对于希望将课堂知识应用于真实油气田开发项目的工程师来说,无疑是巨大的阻碍。更令人费解的是,对于不同类型的数值方法(如有限差分、有限元、和基于模块的方法)的优缺点比较,仅仅是蜻蜓点水般提了一句,缺乏深入的对比分析,使得读者无法根据具体问题选择最合适的模拟技术路线。 此外,对于历史拟合这个油藏工程师的核心工作,书中展现的篇幅与其重要性完全不成比例。有效的历史拟合需要对驱动力、产能数据、以及地质模型进行反复的迭代和修正,涉及到大量的工程判断。这本书似乎更多地关注了方程的完美求解,而忽略了“拟合”过程中充斥着不确定性和人为干预的现实挑战。总而言之,这本书的价值更偏向于一个纯数学模型综述,而非一本能指导工程师解决实际工程问题的工具书。

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这本书的语言风格有一种浓厚的学术气味,使得阅读体验相当枯燥乏味,仿佛在啃食一块未经调味的干肉。结构上,各章节的逻辑关系似乎是按照作者的研究兴趣而非读者的认知发展路径来组织的。最让我感到不便的是,书中引用的公式和图表往往没有清晰的上下文联系,读者需要花费大量时间去回溯前面的定义或假设,这极大地拖慢了学习节奏。对于一个希望快速掌握油藏模拟核心思想的读者来说,这种不友好的呈现方式是难以接受的。 此外,书中对“不确定性分析”和“数据同化”这些现代油藏管理中日益重要的环节讨论得异常保守和简略。在当今数字化油田的背景下,模拟不再是单次的计算过程,而是需要与实际生产数据实时交互、不断修正的动态系统。书中对于蒙特卡洛方法在参数不确定性量化中的应用,或是卡尔曼滤波在历史数据驱动模型更新中的潜力,只是一笔带过,没有给出任何可供实践的算法框架或代码示例。这使得这本书在介绍“应用”时,未能跟上行业技术的发展步伐,读完后,读者获得的知识工具箱里,缺少了应对现代油藏管理挑战的利器。它似乎更侧重于解释“过去”的数值方法,而对“现在”和“未来”的工程需求关注不足。

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这本《基础应用储层模拟》读起来真是让人有些摸不着头脑,感觉作者的写作思路跳跃得厉害,章节之间的衔接也显得有些生硬。我本期望能在这本书中找到一套系统、循序渐进的学习路径,尤其是在处理复杂的数值方法和地下流体动力学时,能够有一个清晰的框架来指导实践。然而,书中的概念似乎是零散地抛出来,虽然技术术语用得很专业,但对于初学者来说,缺乏足够的背景铺垫和案例说明来巩固理解。 很多时候,我感觉自己像是在阅读一篇篇独立的学术论文摘要,而不是一本旨在传授基础知识的教材。举例来说,在讨论渗透率张量和非达西流体模型时,理论推导固然严谨,但缺少与实际油田开发场景的紧密结合,使得这些高深的数学工具显得有些空中楼阁。我希望看到更多关于如何将这些模型参数化、如何进行网格划分和边界条件设定的实用步骤和思考过程。 作为一个渴望将理论转化为实际操作的读者,我对这种偏重理论而轻视应用细节的编排方式感到失望。也许对于那些已经具备深厚背景知识的研究人员来说,这可能是一本方便查阅的参考书,但对于旨在“基础应用”的读者而言,这本书的“基础”似乎建立在非常高的起点之上,使得跨越初期的门槛变得异常陡峭。我期待的“应用”更多体现在具体的软件操作流程、数据预处理的陷阱规避,以及对模拟结果的敏感性分析和不确定性评估等实操层面,而这些内容在书中显得非常单薄。

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这本书的版式设计和行文风格,让人联想到上世纪八十年代的教科书,文字密集,图表稀疏且缺乏现代感,阅读过程中的沉浸感极差。作为一本旨在介绍“基础应用”的书籍,它对现代计算资源和软件工具的依赖性讨论几乎为零,这在当前这个依赖高性能计算(HPC)和专业商业软件的时代背景下,显得十分脱节。我特别希望看到有关并行计算在大型油藏模拟中的应用,或是如何利用现代编程范式(如Python库)来辅助数据准备和后处理的讨论。但这些与时俱进的内容完全缺失,使得这本书的“应用”性大打折扣,它似乎停留在理论刚被建立的年代。 另一个让我感到困惑的点是,书中对非均质性和多相流的描述显得过于理想化。在实际地质模型中,裂缝网络、层理不整合面以及复杂的孔隙结构对流体流动的剧烈影响,常常是模拟失败的主要原因。书中对这些“复杂性”的处理,往往是将其简化为平均参数,而没有提供更具鲁棒性的数值方法来捕捉这些精细的几何特征和流动机制。这种处理方式,虽然简化了数学推导,却牺牲了对真实油藏行为的模拟精度,这与“应用”层面的要求是相悖的。如果不能有效处理地质中的“脏乱差”,那么再完美的数学方程也只能在理想的沙盒中运行。

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