石廣仁，馬進(jìn)山，常軍華

（中國(guó)石油天然氣股份有限公司 石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083）

三維三相達(dá)西流法及其在庫車坳陷的應(yīng)用

石廣仁，馬進(jìn)山，常軍華

（中國(guó)石油天然氣股份有限公司 石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083）

多相達(dá)西流法是油氣二次運(yùn)移模擬技術(shù)中最復(fù)雜的方法，存在三大技術(shù)難點(diǎn)：①模型十分復(fù)雜，求解比油藏模擬的難度大得多；②收斂性、穩(wěn)定性不易保證，導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果精度低、計(jì)算中途異常停止；③計(jì)算機(jī)耗時(shí)量巨大，在微機(jī)上算完一個(gè)大型盆地要花幾天時(shí)間。為此，采用了基于PEBI（直交平分）網(wǎng)的有限體積法、基于牛頓迭代的全隱式法及ORTHMIN（正交極小化）法，摸索出了“正確地選取一個(gè)模擬工區(qū)的最大允許時(shí)間步長(zhǎng)”是解決上述三大技術(shù)難點(diǎn)的最大關(guān)鍵點(diǎn)，從而攻克了這三大技術(shù)難點(diǎn)。研發(fā)了三維三相達(dá)西流軟件，并應(yīng)用于庫車坳陷，獲得了較好的油氣運(yùn)聚史模擬結(jié)果。

有限體積法；PEBI網(wǎng)；最大允許時(shí)間步長(zhǎng)；多相達(dá)西流法；盆地模擬；二次運(yùn)移；庫車坳陷

烴類運(yùn)移聚集史模擬是盆地模擬系統(tǒng)中最重要的部分，也是迄今為止技術(shù)上最薄弱的環(huán)節(jié)。當(dāng)今世界上有4種烴類運(yùn)聚定量模擬技術(shù)［1，2］：多相達(dá)西流法、流徑法、混合法及侵入逾滲法。其中，多相達(dá)西流法是技術(shù)最復(fù)雜也是采用最早的方法，曾被譽(yù)為“主力技術(shù)”，但其存在三大技術(shù)難點(diǎn)：①模型十分復(fù)雜，求解比油藏模擬的難度大得多；②收斂性、穩(wěn)定性不易保證，導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果精度低、計(jì)算中途異常停止；③計(jì)算機(jī)耗時(shí)量巨大，在微機(jī)上算完一個(gè)大型盆地要花幾天時(shí)間。為此，筆者攻克了這三大技術(shù)難點(diǎn)，研發(fā)了三維三相達(dá)西流軟件，并將此應(yīng)用于庫車坳陷，獲得了較好的油氣運(yùn)聚史模擬結(jié)果。

1 三維三相達(dá)西流軟件

目前，世界上有5個(gè)多相達(dá)西流軟件（表1），其中PetroFlow 3D和Temis 3D應(yīng)用較多。多相達(dá)西流軟件的模擬器多數(shù)為改造的三維三相黑油模型，只是采用的網(wǎng)格及數(shù)值解法不同而已。

表1 本三維三相達(dá)西流軟件與世界上同類軟件的主要特性比較Table 1 Com parison ofmajor characteristics of this 3-D 3-phase Darcy flow software w ith other sim ilar softwares in the world

表1中提到了3種類型的網(wǎng)格：①矩形網(wǎng)，是指固定矩形面組成的平行六面體；②三角網(wǎng)，是指可變?nèi)敲娼M成的四面體；③PEBI網(wǎng)，是指具有PEBI（perpendicular and bisection，譯為直交平分或垂直平分）性質(zhì)的可變多角面組成的棱柱體。三維地質(zhì)體的剖分按棱柱體進(jìn)行，能確保每個(gè)網(wǎng)格塊的中心點(diǎn)與任一相鄰網(wǎng)格塊的中心點(diǎn)之間的連線垂直于這兩個(gè)網(wǎng)格塊的交面且被交面平分。

黑油模型在盆地模擬與油藏模擬中的模擬條件是不同的（表2），它在盆地模擬中的求解遠(yuǎn)比它在油藏模擬中的求解困難，尤其是在求解的穩(wěn)定性和收斂性方面，這主要是由盆地模擬可變的模擬范圍所引起的。

1.1 三維地質(zhì)體的網(wǎng)格化

在盆地演化期間，盆地的幾何體積因沉降及沉積物填充而大量地全局性地增大，因沉積壓實(shí)而小量地全局性地變小，因剝蝕而大量或小量地局部性地變小，因斷層及裂縫而大量或小量地局部性地增大，甚至因沉積間斷而基本不變。因此，地質(zhì)家所研究的對(duì)象實(shí)為一個(gè)隨時(shí)間變化的地質(zhì)體。為了定量地模擬一個(gè)盆地，其隨時(shí)間變化的地質(zhì)體必須剖分為相當(dāng)數(shù)量的小塊（即稱網(wǎng)格塊）。本軟件選用了PEBI網(wǎng)。

1.2 基于PEBI網(wǎng)的有限體積法

三維三相黑油模型的流動(dòng)方程組［6］太復(fù)雜，以致無法對(duì)一個(gè)實(shí)際的地質(zhì)模型給出解析解，應(yīng)對(duì)之進(jìn)行離散化而變成線性代數(shù)方程組。離散化的方法有有限差分法、有限元法和有限體積法。本軟件采用基于PEBI網(wǎng)的有限體積法，從而獲得：

1）水流動(dòng)方程

表2 盆地模擬與油藏模擬的不同模擬條件Table 2 Different conditions between basin modeling and reservoir simulation

2）油流動(dòng)方程

3）氣流動(dòng)方程

上三式中：v——任一PEBI網(wǎng)格塊的符號(hào)；

Vi——任一PEBI網(wǎng)格塊（由x，y，z表達(dá)）；

?——關(guān)于v的三重積分；

div——向量場(chǎng)的散度；

al——等于［K］Krl/（μlBl）（l=w，o，g），因?yàn)椋跭］是絕對(duì)滲透率張量（即有方向性的絕對(duì)滲透率），故al也是張量；

Krw，Kro，Krg——水、油、氣的相對(duì)滲透率，可由油層物理試驗(yàn)及改進(jìn)的Stone公式確定；

μw，μo，μg——水、油、氣的粘度，可由PVT函數(shù)確定；

Bw，Bo，Bg——水、油、氣的地層體積因子，可由PVT函數(shù)確定；

grad——兩個(gè)相鄰PEBI網(wǎng)格塊之間的梯度；

Φw，Φo，Φg——水、油、氣的勢(shì)，分別是水壓力Pw、油壓力Po、氣壓力Pg的函數(shù)；

Qw，Qo，Qg——水、油、氣的源或匯，若源取正值，若匯取負(fù)值；

Rs——溶解氣油比，可由PVT函數(shù)確定；

t——地質(zhì)時(shí)間；

φ——地層孔隙度；

Sw，So，Sg——水、油、氣的飽和度。

由于PEBI網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)（相鄰兩網(wǎng)格塊中心點(diǎn)的連線恰好就是這兩網(wǎng)格塊的公共面的法線方向），使方程組（1），（2），（3）的離散化變得比較容易，最終化成為水、油、氣三相離散方程組。然而，這個(gè)離散方程組只有3個(gè)方程，而未知數(shù)卻有6個(gè)（水、油、氣壓力Pw，Po，Pg和水、油、氣飽和度Sw，So，Sg）。所以，還需要其他3個(gè)獨(dú)立的方程。這3個(gè)獨(dú)立的方程是：飽和度平衡方程、油水系統(tǒng)中的毛細(xì)管力方程及油氣系統(tǒng)中的毛細(xì)管力方程。它們分別表示如下：

上三式中：Pcow——油水系統(tǒng)中的毛細(xì)管力；

Pcog——油氣系統(tǒng)中的毛細(xì)管力。

Pcow和Pcog可由油層物理試驗(yàn)確定。

當(dāng)給出了一個(gè)三維地質(zhì)體的邊界條件、初始條件［6］時(shí)，就可以通過式（1）—（6）這6個(gè)方程，求解出該三維地質(zhì)體的Pw，Po，Pg及Sw，So，Sg6個(gè)未知數(shù)。這6個(gè)未知數(shù)表示了該三維地質(zhì)體油氣二次運(yùn)移的基本狀況。

1.3 基于牛頓迭代的全隱式法

由于式（1）—（3）及其離散方程組都是非線性方程組，因此，①采用全隱式法，而不采用半隱式法，因?yàn)榘腚[式法可能因采用過時(shí)的飽和度而得到不合理的計(jì)算結(jié)果；②采用牛頓迭代法，而不采用其他迭代法，因?yàn)榕ｎD迭代法既有超線性收斂速度，又能保持矩陣的稀疏性。

牛頓算法分兩步進(jìn)行：①生成Jacobi矩陣；②求解問題變?yōu)榇笮途€性方程組的Jacobi方程。

Jacobi方程是一個(gè)大型、稀疏、非對(duì)稱的線性代數(shù)方程組，即：

式中：A——二維（3I，3I）的系數(shù)矩陣，即Jacobi矩陣，其中I為網(wǎng)格塊個(gè)數(shù)；

X——一維（3I）的未知數(shù)矩陣，含有3I個(gè)未知數(shù)（δSw1，δSg1，δPo1，δSw2，δSg2，δPo2，…，δSwI，δSgI，δPoI）；

B——一維（3I）的常數(shù)矩陣，含有3I個(gè)余量。

1.4 大型線性方程組的求解

求解Jacobi方程，選取存儲(chǔ)空間盡可能小的存儲(chǔ)方式以及速度盡可能快的迭代算法是十分重要的。對(duì)于這類線性代數(shù)方程組，迄今尚缺少一致公認(rèn)最優(yōu)的迭代算法。正交極小化（ORTHMIN，即orthogonalminimum）法經(jīng)油藏模擬的實(shí)算表明是行之有效的方法，故選擇了正交極小化法。正交極小化法的具體步驟為：首先對(duì)矩陣A進(jìn)行近似的不完全因子分解，這比其他方法更接近真解；再經(jīng)過正交極小化法對(duì)AX=B進(jìn)行求解。正交極小化法的優(yōu)點(diǎn)是：快速收斂，對(duì)迭代參數(shù)不敏感，對(duì)矩陣帶寬不敏感，對(duì)矩陣是否對(duì)稱不敏感。

1.5 解決三大技術(shù)難點(diǎn)的關(guān)鍵點(diǎn)

如何解決前述的三大技術(shù)難點(diǎn)？除了采用上述的基于PEBI網(wǎng)的有限體積法、基于牛頓迭代的全隱式法及正交極小化法外，還摸索出“正確地選取一個(gè)模擬工區(qū)的最大允許時(shí)間步長(zhǎng)”是解決上述三大技術(shù)難點(diǎn)的最大關(guān)鍵點(diǎn)。

在理論上，全隱式法具有無條件的收斂性和穩(wěn)定性。然而，實(shí)際應(yīng)用時(shí)發(fā)現(xiàn)并非如此。為了確保收斂性和穩(wěn)定性，合適地選擇正交極小化法的時(shí)間步長(zhǎng)是至關(guān)重要的。一般來說，時(shí)間步長(zhǎng)越大，計(jì)算機(jī)耗時(shí)量就越小，但收斂性和穩(wěn)定性就越差；時(shí)間步長(zhǎng)越小，收斂性和穩(wěn)定性就越好，但計(jì)算機(jī)耗時(shí)量就越大。

在下面的庫車坳陷實(shí)例中，對(duì)時(shí)間步長(zhǎng)的選取進(jìn)行了試驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：①若選取的時(shí)間步長(zhǎng)太大，會(huì)影響模擬的穩(wěn)定性（即正交極小化發(fā)生浮點(diǎn)溢出而導(dǎo)致運(yùn)行失?。?；②若選取的時(shí)間步長(zhǎng)不足夠小，雖然沒有出現(xiàn)穩(wěn)定性問題，但再采用比它小一點(diǎn)的時(shí)間步長(zhǎng)，會(huì)出現(xiàn)兩者的模擬結(jié)果存在不允許的差異（即收斂性問題）；③若選取的時(shí)間步長(zhǎng)太小，會(huì)造成過長(zhǎng)的計(jì)算時(shí)間而浪費(fèi)機(jī)時(shí)。因此，應(yīng)選取在確保穩(wěn)定性和收斂性條件下的最大時(shí)間步長(zhǎng)，這個(gè)步長(zhǎng)就稱之謂最大允許時(shí)間步長(zhǎng)（0.025 Ma）。這里說明一下如何獲得0.025 Ma。令時(shí)間步長(zhǎng)為Δt。試算表明：當(dāng)Δt≥0.5 Ma時(shí)（例如Δt=5，2.5，1，0.5 Ma），計(jì)算發(fā)生浮點(diǎn)溢出而導(dǎo)致運(yùn)行失??；當(dāng)0.5 Ma＞Δt≥0.025 Ma時(shí)（例如Δt=0.25，0.1，0.05，0.025 Ma），雖然計(jì)算沒有發(fā)生浮點(diǎn)溢出而導(dǎo)致運(yùn)行失敗，但使用這4個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)算出的計(jì)算結(jié)果的差異超過了允許的誤差；當(dāng)Δt=0.01 Ma時(shí)，計(jì)算結(jié)果與Δt= 0.025 Ma時(shí)的差異沒有超過允許的誤差；當(dāng)Δt= 0.005 Ma時(shí)，計(jì)算結(jié)果與Δt=0.025，0.01 Ma時(shí)的差異都沒有超過允許的誤差。這表示Δt=0.025，0.01，0.005Ma都是允許的。但Δt=0.025Ma時(shí)的計(jì)算機(jī)耗時(shí)量為9 h 38 min；而Δt=0.01，0.005 Ma時(shí)的計(jì)算機(jī)耗時(shí)量分別為19 h 39 min，37 h 8 min。顯然，Δt應(yīng)選取0.025 Ma，它正是這3個(gè)Δt中的最大者。這是在平面網(wǎng)格塊最大個(gè)數(shù)取為900時(shí)的試算結(jié)果。實(shí)際上，由于最大允許時(shí)間步長(zhǎng)基本上不依賴于平面網(wǎng)格塊最大個(gè)數(shù)，所以這種試算可在平面網(wǎng)格塊最大個(gè)數(shù)較小的條件下進(jìn)行。例如，平面網(wǎng)格塊最大個(gè)數(shù)取為100，也可以獲得最大允許時(shí)間步長(zhǎng)為0.025 Ma的結(jié)論，這樣可大大節(jié)省試算的機(jī)時(shí)（計(jì)算機(jī)耗時(shí)量為59 min）。

2 在庫車坳陷的應(yīng)用

2.1 地質(zhì)背景

庫車坳陷位于塔里木盆地的北部，北倚南天山造山帶，南界塔北隆起，東西長(zhǎng)約380 km，南北寬約30～145 km，西寬東窄，面積約30 000 km2。截至2003底，該坳陷內(nèi)已鉆探井102口，其中獲工業(yè)油流井2口，獲工業(yè)氣流井56口。油氣藏類型有凝析油氣藏、干氣氣藏和油藏3種。在該坳陷中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)2個(gè)油田及13個(gè)氣田。庫車坳陷已成為中國(guó)最富的天然氣聚集區(qū)之一（圖1；表3）。

圖1 庫車坳陷構(gòu)造及油氣田分布［8］Fig.1 Structures and oil/gas fields in the Kuqa Depression［8］

表3 庫車坳陷地層年齡Table 3 Geological ages of formations in the Kuqa Depression

庫車坳陷是在海西運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)上于晚二疊世開始發(fā)育起來的中、新生代疊合坳陷。坳陷演化具有多階段性和復(fù)雜性，中、新生代陸相地層發(fā)育齊全，后期褶皺-沖斷變形改造強(qiáng)烈。主力烴源巖為中、上三疊統(tǒng)湖相泥巖和中、下侏羅統(tǒng)湖泊沼澤相煤系地層，平均厚度達(dá)600 m。暗色泥巖有機(jī)碳含量多在1.5％～5.0％，煤層的殘余有機(jī)碳均值為58％。源巖干酪根類型以腐殖型（Ⅲ型）為主，約占90％；其次是腐泥-腐殖型（Ⅱ）型，約為10％。源巖現(xiàn)今主體成熟度Ro在0.7％～1.8％，處于成熟-高成熟階段，以生氣為主。第三系巨厚（100～1 000 m）的鹽-膏-泥優(yōu)質(zhì)區(qū)域蓋層封蓋了整個(gè)坳陷，而這個(gè)區(qū)域蓋層之下分布著古近系和白堊系的良好砂巖儲(chǔ)集層。優(yōu)越的源、蓋條件形成了克拉2、大北等大型氣藏以及牙哈、英買7、羊塔克等中型凝析油氣田［7～9］。

2.2 模擬條件

石廣仁和張慶春［10］曾使用簡(jiǎn)易的方法對(duì)庫車坳陷做過油氣運(yùn)聚史模擬，介紹并使用了兩類輸入?yún)?shù)：①坳陷內(nèi)71口已鉆井的數(shù)據(jù)以及從地震剖面上所取的577口人工模擬井的數(shù)據(jù)，共計(jì)90 000余個(gè)；②地史、熱史、成巖史、生烴史及排烴史的模擬結(jié)果。該簡(jiǎn)易方法視地層為一個(gè)具有厚度的平面，故為擬三維，而不是真三維；只算油、氣二相，不算油、氣、水三相；使用簡(jiǎn)易的流體流動(dòng)方法，故不屬于多相達(dá)西流法。本文討論的才是三維三相達(dá)西流法，但也同樣使用了上述的兩類輸入?yún)?shù)。

運(yùn)移聚集史模型是正演模型，故歷史模擬是從古到今進(jìn)行的。一般來說（假設(shè)盆地的最大埋深是在現(xiàn)今），三維地質(zhì)體的網(wǎng)格塊個(gè)數(shù)隨之由小到大變化著，則現(xiàn)今網(wǎng)格塊個(gè)數(shù)為最大，這一個(gè)數(shù)是很大的。被模擬的庫車坳陷的面積約為30 000 km2，東西向最長(zhǎng)為383 km，南北向最長(zhǎng)為145 km，最大歷史埋深為10.4 km。在三維地質(zhì)體的剖分中，網(wǎng)格塊垂向長(zhǎng)度取為100 m，平面網(wǎng)格塊最大個(gè)數(shù)取為900，則實(shí)際的最大網(wǎng)格塊個(gè)數(shù)I=31 660（節(jié)點(diǎn)）。因此，式（7）中的二維系數(shù)矩陣A（3I，3I）最大時(shí)為A（94 980，94 980）。

計(jì)算機(jī)耗時(shí)量與最大網(wǎng)格塊個(gè)數(shù)I有關(guān)，還與地層個(gè)數(shù)、烴源層個(gè)數(shù)，尤其是模擬歷史、模擬時(shí)間步長(zhǎng)有關(guān)。被模擬的庫車坳陷有8個(gè)地層（表3）、2個(gè)烴源層（T，J），模擬歷史為208～0 Ma，模擬時(shí)間步長(zhǎng)取最大允許時(shí)間步長(zhǎng)（0.025 Ma），計(jì)算機(jī)耗時(shí)量為9 h 38 min（這是用戶可以接受的）。該實(shí)例表明，目前微機(jī)可承受30 000節(jié)點(diǎn)的三維三相達(dá)西流模擬。

2.3 模擬結(jié)果

使用模擬結(jié)果，可以用三維立體圖及其他形式的圖件來顯示各地層的油、氣聚集量史。但是這里由于篇幅所限，①為了簡(jiǎn)明起見，改用曲線形式表示各地層的油、氣聚集量史（圖2）；②因?yàn)榘讏紫凳亲畲蟮挠蜌鈨?chǔ)集層（圖2），用三維顯示其現(xiàn)今（0 Ma）的油聚集量（圖3a）以及氣聚集量（圖3b）；③為了分析古近系和白堊系的儲(chǔ)氣層，給出了平面等值線圖（圖4）。

圖2 庫車坳陷各相關(guān)地層油、氣聚集量史Fig.2 Oil and gas accumulation histories of each related formation in the Kuqa Depression

2.4 地質(zhì)分析

2.4.1 坳陷的模擬總量與勘探成果吻合

表4列出了庫車坳陷生、排烴的模擬總量，其中排油系數(shù)=排油量/生油量，排氣系數(shù)=排氣量/生氣量［10］。在排烴史模擬結(jié)果的基礎(chǔ)上，這次采用三維三相達(dá)西流軟件繼續(xù)進(jìn)行運(yùn)聚史的計(jì)算，獲得了聚烴的模擬總量，其中聚油系數(shù)=聚油量/排油量，聚氣系數(shù)=聚氣量/排氣量（圖2；表4）。在以前庫車坳陷的圈閉評(píng)價(jià)中，曾獲得了該坳陷的油氣地質(zhì)儲(chǔ)量（含預(yù)測(cè)、控制、探明儲(chǔ)量）（表4）［10］。從表4可見，模擬的聚油量（409.5× 106t）稍大于油的地質(zhì)儲(chǔ)量（380×106t），相對(duì)誤差為7.8％；模擬的聚氣量（2 277×109m3）也稍大于氣的地質(zhì)儲(chǔ)量（2 100×109m3），相對(duì)誤差為8.4％。這表明了模擬結(jié)果的合理性，也表明庫車坳陷還有深入勘探的前景。此外，模擬的聚氣量為模擬的聚油量的5.56倍，氣的地質(zhì)儲(chǔ)量為油的地質(zhì)儲(chǔ)量的5.53倍，兩者十分接近，均說明庫車坳陷是富氣的。

圖3 白堊系在0 Ma時(shí)的累計(jì)油、氣聚集量Fig.3 Cumulative oil and gas accumulations in the Cretaceous（K）at0 Ma

圖4 在0 Ma時(shí)a）古近系累計(jì)油聚集量和b）白堊系累計(jì)氣聚集量等值線Fig.4 Cumulative oil accumulation in the Paleogene（a）and cumulative gas accumulation in the Cretaceous（b）at 0 Ma

表4 庫車坳陷烴類生、排、聚總量（模擬）及地質(zhì)儲(chǔ)量Table 4 Simulated total amount of hydrocarbons generated，expelled and accumulated in the Kuqa Depression and its reserves in p lace

由圖2可見，坳陷的油、氣聚集時(shí)期主要是新近紀(jì)（24～2 Ma）。烴類排、聚時(shí)期與主要構(gòu)造的形成時(shí)期基本是吻合的。這個(gè)模擬結(jié)果與王庭斌教授通過多方面的分析所得的結(jié)論（即“庫車坳陷的氣藏主要形成、定型于新近紀(jì)”）［11］基本符合。

2.4.2 各相關(guān)地層的模擬總量與勘探成果吻合

從圖2a可見，新近系（N1j，N1-2k，N2k）無油；古近系（E）只有極少量的油；而白堊系（K）才是最大的儲(chǔ)油層（圖3a），約占坳陷儲(chǔ)油量的78％。從圖2b可見，新近系（N1j，N1-2k）只有極少量的氣；而白堊系（K）又是最大的儲(chǔ)氣層（圖3b），儲(chǔ)氣量約占坳陷的74％；其次是古近系（E），儲(chǔ)氣量約占坳陷的15％。這些分層的模擬結(jié)果與勘探成果吻合。

2.4.3 模擬的油氣田分布與勘探成果吻合

觀察一下運(yùn)聚模擬結(jié)果（圖4）與已發(fā)現(xiàn)的油氣田（圖1）的符合程度。對(duì)比表明：①圖4a上最大的油聚集帶恰好是牙哈（YH）油田（圖1），其余較小的油聚集帶也有深入勘探的前景；②圖4b上較大的氣聚集帶恰好是大北（DB）、克拉2（KL2）、羊塔克（YT）、玉東（YD）、英買7（YM7）、紅旗（HQ）、提爾根（T）及牙哈（YH）等氣田（圖1）。十分明顯，模擬結(jié)果與目前勘探成果吻合。

2.5 結(jié)論和討論

由庫車坳陷的應(yīng)用實(shí)例可以得出如下結(jié)論：①采用本三維三相達(dá)西流來研究油氣二次運(yùn)移是有效可行的；②庫車坳陷油氣運(yùn)移的模擬結(jié)果不僅與實(shí)際情況符合，而且表明還有深入勘探的前景。

然而，由于油氣運(yùn)移機(jī)理的復(fù)雜性及地質(zhì)因素的不確定性，要想建立一個(gè)較完美的全定量模型并得到較好的應(yīng)用效果，對(duì)地質(zhì)家來說仍是一個(gè)嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。要想使用上述方法得到一個(gè)較好的應(yīng)用，應(yīng)注意兩點(diǎn)：①盡可能把地史、熱史、成巖史、生烴史和排烴史模擬得精確，這是油氣運(yùn)移定量模擬的基礎(chǔ)；②盡量取準(zhǔn)油氣運(yùn)移的敏感性參數(shù)。

1 Hantschel T，Kauerauf A I.Fundamentals of basin modeling and petroleum systemsmodeling［M］.Berlin：Springer-Verlag，2009

2 石廣仁.油氣運(yùn)聚定量模擬技術(shù)現(xiàn)狀、問題及設(shè)想［J］.石油與天然氣地質(zhì)，2009，30（1）：1～10

3 袁益讓，韓玉笈，趙衛(wèi)東，等.多層油資源運(yùn)移聚集的數(shù)值模擬和實(shí)際應(yīng)用［J］.應(yīng)用數(shù)學(xué)和力學(xué)，2002，23（8）：827～836

4 李長(zhǎng)峰，袁益讓.三維兩相滲流驅(qū)動(dòng)問題迎風(fēng)區(qū)域分裂顯隱差分法［J］.計(jì)算數(shù)學(xué)，2007，29（2）：113～136

5 Mello U T，Rodrigues JR P，Rossa A L.A control-volume finiteelementmethod for three-dimensional multiphase basin modeling［J］.Marine＆amp；Petroleum Geology，2009，26（4）：504-518

6 石廣仁.油氣盆地?cái)?shù)值模擬方法（第三版）［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2004

7 周興熙.庫車油氣系統(tǒng)成藏作用與成藏模式［J］.石油勘探與開發(fā)，2001，28（2）：8～10

8 趙靖舟，戴金星.庫車前陸逆沖帶天然氣成藏期與成藏史［J］.石油學(xué)報(bào)，2002，23（2）：6～10

9 王庭斌.中國(guó)氣田的成藏特征分析［J］.石油與天然氣地質(zhì)，2003，24（2）：103～110

10 石廣仁，張慶春.庫車坳陷的油氣運(yùn)移全定量模擬［J］.地球科學(xué)——中國(guó)地質(zhì)大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，29（4）：391～396

11 王庭斌.中國(guó)氣藏主要形成、定型于新近紀(jì)以來的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)［J］.石油與天然氣地質(zhì)，2004，25（2）：126～132

（編輯 李 軍）

3-D 3-phase Darcy flow method and its application to the Kuqa Depression

Shi Guangren，Ma Jinshan and Chang Junhua
（PetroChina Research Institute of Petroleum Exploration＆amp；Development，Beijing 100083，China）

Themulti-phase Darcy flow method is the most complicated among all the modeling methods for secondary hydrocarbonmigration.It has threemajor technical problems：（1）itsmodel is too complicated to easily generate a solution，at leastmuch difficult than that in reservoir simulation；（2）it is not easy to ensure the convergence and stability of themodel and thus rendering a calculation of low accuracy or causing abnormal shutdown；and（3）it is very time-consuming as the calculation of a larger basinmay take several days to complete.To tackle these problems，we tried the finite volumemethod based on PEBI（perpendicular and bisection）cells，the fully implicit solution based on the Newton iteration，and the ORTHMIN（orthogonalminimum）algorithm，and came to a conclusion that the key to deal with the problems is to correctly select the allowable maximum time step for a simulated block.Finally，we developed a program of3D 3-phase Darcy Flow.An application of the software to the Kuqa Depression had gained positive results.

finite volume method，PEBI gridding，allowable maximum time-step，multi-phase Darcy flow，basin modeling，secondarymigration，Kuqa Depression

TE19 < class="emphasis_bold">文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

A

0253-9985（2010）04-0403-07

2010-05-28。

石廣仁（1940—），男，教授級(jí)高級(jí)工程師，地學(xué)定量。

中石油科技部項(xiàng)目（2008A-0602）。