李俊鍵 姜漢橋 陳民鋒

（中國石油大學(xué)（北京）油氣資源與探測國家重點實驗室 北京 102249）

油藏工程數(shù)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(shù)學(xué)模型，模擬地下油水流動，給出某時刻油水分布，以預(yù)測油藏動態(tài)。近年來，由于大型快速計算機的迅速發(fā)展，大大促進了油藏數(shù)值模擬的廣泛應(yīng)用。由于石油工程行業(yè)多研究地下的流體分布，因此借助計算機技術(shù)，開發(fā)虛擬仿真平臺研究油藏動態(tài)，便于在課堂上向?qū)W生展示油藏流體和壓力變化情況，提高教學(xué)質(zhì)量。

1 平臺開發(fā)的必要性

油藏工程設(shè)計的任務(wù)是根據(jù)一個油田（或一個油藏，或一個開發(fā)單元）地質(zhì)研究成果（油藏描述成果），進行油藏開發(fā)方案的設(shè)計，以指導(dǎo)油田全面投入開發(fā)。隨著計算機、應(yīng)用數(shù)學(xué)和油藏工程學(xué)科的不斷發(fā)展,油藏數(shù)值模擬方法得到不斷的改進和廣泛應(yīng)用。通過數(shù)值模擬可以搞清油藏中流體的流動規(guī)律、驅(qū)油機理及剩余油的空間分布；研究合理的開發(fā)方案，選擇最佳的開采參數(shù)，以最少的投資，最科學(xué)的開采方式而獲得最高采收率及最大經(jīng)濟效益。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，該技術(shù)不斷成熟和完善，目前已經(jīng)成為油田開發(fā)方案優(yōu)選及設(shè)計的必需的工具。然而，在本科期間，學(xué)生很少接觸CMG、Eclipse等數(shù)模軟件，且目前常用的數(shù)模軟件學(xué)習(xí)難度較大，對本科的學(xué)生并不友好。

筆者采用MATLAB編程，研發(fā)一個功能齊全且操作簡單，更適用于CMG、Eclipse等數(shù)模軟件基礎(chǔ)薄弱的本科生實踐學(xué)習(xí)使用的課程設(shè)計平臺，以期讓具有理論知識基礎(chǔ)卻缺乏模擬實踐的本科生動手操作，切身體會油藏開發(fā)分析過程，開發(fā)方案設(shè)計過程以及最優(yōu)參數(shù)選取過程。

2 平臺的功能及組成

石油工程綜合設(shè)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(wǎng)格數(shù)，流體組成以及模擬開始的時間。Grid模塊為網(wǎng)格靜態(tài)地質(zhì)數(shù)據(jù)模塊，需要定義各個網(wǎng)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(shù)據(jù)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(shù)。Schedule模塊為生產(chǎn)數(shù)據(jù)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(jié)果模塊，根據(jù)上述輸入模塊內(nèi)容運行后，可以得到各個時間步下單井以及全部的生產(chǎn)動態(tài)，包括日產(chǎn)油/水/液量，累產(chǎn)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(shù)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(shù)值模擬中網(wǎng)格、網(wǎng)格參數(shù)、流體性質(zhì)、工作制度等全部基礎(chǔ)內(nèi)容，能夠使學(xué)生初步了解油藏數(shù)值模擬流程，快速掌握油藏數(shù)值模擬技能，通過輸出模塊可以對比不同開發(fā)方案，從而制定合理的油藏開發(fā)方案。

3 平臺應(yīng)用效果

選擇5個年級共258名學(xué)生參加虛擬仿真平臺的效果評價測試，其中90人學(xué)習(xí)虛擬仿真平臺實驗組，168名學(xué)生學(xué)習(xí)解析方法作為對照組。兩組學(xué)生同時上課，結(jié)課，從課程成績、問卷調(diào)查、跟蹤調(diào)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(xué)生成績在80-89分之間，共40人，對照組大部分學(xué)生成績在70-79分之間，共72人。可以看出實驗組平均分高于對照組，高分人數(shù)也比對照組多。

表1：課程成績統(tǒng)計表

3.2 問卷調(diào)查結(jié)果

學(xué)生課程認同度調(diào)查結(jié)果。對照組學(xué)生在普遍認為石油工程課程設(shè)計有助于加深油田開發(fā)過程理解的同時，反應(yīng)“內(nèi)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(shè)計幫助很大。“我認為石油工程課程設(shè)計所學(xué)的內(nèi)容很重要，很多實際問題都可以得到解決”；“石油工程課程設(shè)計是一門從理論到實踐的過程，是我們從學(xué)校到工作崗位的一個橋梁”；“學(xué)習(xí)了石油工程課程設(shè)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(xué)生教學(xué)滿意度調(diào)查結(jié)果。92%的對照組學(xué)生贊同講解清晰、生動，內(nèi)容掌握并無困難，但同時有75%的學(xué)生反映“能做的除了聽還是聽”。而90%的實驗組學(xué)生認為分組討論、案例分析以及專題講解等教學(xué)方式比教師講課讓他們收獲更大，同時接觸到油藏數(shù)值模擬軟件，對油藏工程理解更加深刻。分組討論和油藏數(shù)值模擬軟件學(xué)習(xí)得到最多學(xué)生的認可。對案例分析以及專題講解，學(xué)生覺得能夠幫助他們更好的完成最終報告。

3.3 跟蹤調(diào)查

統(tǒng)計對照組和實驗組學(xué)生參加全國石油工程設(shè)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(shè)計大賽，占比18.9%，獲獎人數(shù)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(shè)計大賽，占比4.8%，獲獎人數(shù)為2人，占比25%，全部為三等獎。

表2：獲獎情況統(tǒng)計表

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

4 結(jié)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(shù)值模擬軟件的網(wǎng)格、網(wǎng)格參數(shù)、流體性質(zhì)、工作制度等全部基礎(chǔ)輸入數(shù)據(jù)和飽和度場、滲透率場等圖像繪制，單井和全區(qū)的生產(chǎn)動態(tài)導(dǎo)出的基礎(chǔ)功能，是本科生接觸油藏數(shù)值模擬的橋梁，得到了學(xué)生的一致好評，且通過教學(xué)中的實驗對照，發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)該平臺的學(xué)生在課程成績、教學(xué)滿意度以及后續(xù)的參賽情況都有較好的表現(xiàn)。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。