Question

计算机数值模拟

Answer 1

盆地数值模拟方法用于盆地的定量分析已有十几年的历史（M.A.Yükler、Comford和D.H.Welte,1978;D.H.Welte和M.A.Yükler,1981），而对油气运移和聚集过程的数值模拟只有几年的时间（W.A.England等，1987;P.Ungerer等，1990;B.Durand和P.Ungerer,1984;K.Nakayama和I.Lerche,1988）。计算机模拟是理论、方法和技术高度综合的、动态的定量分析，在研究油气运、聚方面比其它方法更能体现解决复杂地质问题的优势。

W.A.England等（1987）提出的油气运移、聚集模型是独立二相（石油液和石油气）、二维（侧向运移和垂向运移）、基于流体势和达西定律的渗流运移模型；运移驱动力是压实提供的水动力，而盆地深部主要是浮力；运移中油的损失与运移通道的孔隙体积有关；对油气在背斜圈闭中的聚集、成藏机理进行了理论上的描述，等等。

P.Ungerer等（1987,1990）的“综合热传递、流体流动、烃类生成和运移的二维模型”也是以油气独立相态运移为前提，用两相流体流动的达西定律和势结合，模拟二次运移的动力及方向（剖面二维）；与W.A.England模型不同的就是在模拟热和超压发育史的基础上还模拟了油气的聚集历史（印尼马哈坎三角洲和挪威近海Haltbenanken Bethken区）、水力压裂和断层对运移、聚集的控制作用。

G.M.Bethke等（1986,1991）则以盆地古水文模型与盆地演化史相结合，模拟地下古水流的流量，然后根据计算的水势变化计算地下水排出速率和方向；采用两相流的达西定律，分别以压实流驱动流和重力流驱动模式建立模型，模拟伊利诺斯盆地剖面二维油气运移及聚集过程，特别强调了研究水动力在克拉通盆地内驱动油气作长距离（达100km）侧向运移的重要性。

M.Person等（1993）采用“准三维有限元模型”首先模拟巴黎盆地主要含水层——中侏罗统道格层（Dogger）碳酸盐岩的古水动力条件（古水头），然后根据流体势方程计算烃头以及油气的实际渗流速度，并以数学质点代表油运移的方向和聚集的浓度。该模型描述了盆地古水动力条件和运载层非均质性（渗透率的空间变化）对石油运移路径、速度和距离的影响；水动力主要来源于储层上、下泥岩层压实的渗流量。然而，M.Person数学模型是平面二维稳定流方程，不能准确反映流体流动随时间的变化，且假定油水完全分离。

Z.Yu和I.Lerche（1995）运用二维三相可溶性流体运移模型模拟了白令海Hammerfest盆地油气在剖面上的运移和聚集过程，模型采用超压、浮力和毛细管力作为运移的动力学机制；用单相流体流动方程（达西定律）和相对渗透率应用于多相流；考虑了油和气的可溶性。模拟结果显示烃的溶解度和相渗透率对烃的聚集，尤其是对运移有重要影响，油气运移、聚集的时-空分布形式不仅受毛细管压力、混合相的浮力的影响，而且还受特定的地质、地热和地球化学条件的制约。

国内二次运移和聚集的数值模拟起步较晚，但发展较快。杨家琦（1989）建立的平面二维三相模型用里兹有限元法计算古水头，用流体势方程导出油、气水的运动速度和油气的饱和度分布；郝石生等（1991）建立的剖面二维三相组分模型模拟了陕甘宁盆地中、东部古生界油气的运移问题；石广仁（1994）也提出用剖面二维三相模型模拟油气的运移过程，并引入油藏数值模拟的技术思路模拟流体饱和度的分布等。

本书则是以盆地水动力场分析、运移地球化学分析和区域构造活动规律分析为出发点，以地史、生—排烃史模拟为基础，建立地质概念模型和数学模型，采用“准三维非稳定流”古水动力学模型和石油运移模型，运用有限差分方法进行平面二维流体势、运移动力学条件和运移速度等内容的数值模拟。

从上述模拟方法或系统可以看出，目前的二次运移、聚集模拟的主要特点是：①多数以油气呈独立相态运移为前提；②以流体势方程和达西定律为核心；③古水动力学研究受到重视并作为运移动力学的重要机制；④绝大多数为平面或剖面二维模拟，混相运移模拟尚处于试验阶段。