摘要伴隨著(zhù)我國社會(huì )經(jīng)濟的不斷發(fā)展，也相應的促進(jìn)了我國石油行業(yè)的發(fā)展，在實(shí)際的石油工程當中，通過(guò)運用現代化的計算機技術(shù)，進(jìn)而全面的提高了石油工程的質(zhì)量，更好的促進(jìn)了石油企業(yè)發(fā)展。因此，本文主要針對于計算機模擬技術(shù)在石油工程中的運用進(jìn)行了具體的分析和研究，希望通過(guò)本文的探討，能夠為相關(guān)方面的研究提供理論性的參考。
【關(guān)鍵詞】 計算機模擬技術(shù) 石油工程 運用 黑油模型 裂縫模型
1 計算機模擬系統在鉆井工作中的應用
1.1 鉆井概述
所謂鉆井就是在油田開(kāi)采之前，選擇相應的地表位置進(jìn)行向上或一側的打孔，直至到油層的位置。根據對鉆井的目的分類(lèi)大致可分為區域普查井、探井、開(kāi)發(fā)井以及特殊用途井等；根據鉆井的鉆入角度的不同，可以大致分為直井、定向井、水平井等；根據對鉆井的鉆入深度不同進(jìn)行分類(lèi)大致可分為淺井、深井、中深井、超深井以及特超深井等。
1.2 鉆井的發(fā)展史
鉆井最開(kāi)始時(shí)期是人們想獲得地下的鹽，以供人們生活所使用，在偶然的情況下獲得了地下的石油，為此人們也將利用鉆井的形式來(lái)獲取地下更多的石油，這也是我國石油工程中的第一口油井。在1521年之前鉆井的方法都是采用人工掘井的方式，從這以后才研制出人力沖擊鉆的鉆井方法，一直到1859年科技不停的發(fā)展，也研制出我國第一臺沖鉆機械，到現今為止，鉆井發(fā)展中經(jīng)歷了旋轉鉆、自動(dòng)化沖鉆機械等一直到當今油田工程中所使用的計算機模擬系統的鉆井方法，為石油工程的發(fā)展創(chuàng )造出更有利的條件。
1.3 影響鉆井的主要因素
在鉆進(jìn)下鉆的過(guò)程中，會(huì )出現很多因素影響下鉆的工作效率，大致可分為可控制因素和不可控制因素，每一種影響鉆井的因素都可能決定鉆井的成功與否?？煽刂埔蛩?，主要是指通過(guò)一些手段和技術(shù)能對其控制的因素，比如，在鉆井中使用的鉆頭類(lèi)型、下鉆鉆壓、器械的轉速、泵機的壓力、以及地表機泵的設備等；不可控制因素，主要是只客觀(guān)存在的通過(guò)設備和技術(shù)無(wú)法改變的因素，例如，儲油層的深度、所鉆地層的可鉆性、所鉆地層的壓力、所鉆地層的巖性以及研磨性等。鉆井的成功率是石油企業(yè)重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題，為了能提高鉆井的成功率就需要對可控制的因素進(jìn)行不斷的優(yōu)化，而優(yōu)化的基本策略要根據鉆井中所涉及到的可研性、地應力、巖性等進(jìn)行相關(guān)的優(yōu)化，尤其是對所鉆地層的參數，這將決定在鉆井過(guò)程是否能精確的達到相應的油層位置。
1.4 計算機模擬系統在鉆井中的應用
利用傳統的鉆井方式在鉆井的過(guò)程中，對所鉆位置的地質(zhì)情況、深度等沒(méi)有較好的數據分析，就算是有合理的管理制度，有效的指揮措施，但是在不知情的情況下進(jìn)行鉆井，也會(huì )對鉆井的效益產(chǎn)生一定的影響，巖層地質(zhì)的復雜性是無(wú)法想象的，因此，要運用鉆進(jìn)技術(shù)和優(yōu)化鉆進(jìn)的手段來(lái)提高鉆進(jìn)的工作效率。通過(guò)對多方面的優(yōu)化研究表明，利用計算機模擬系統將其應用到鉆井工作中會(huì )為鉆井工作帶來(lái)很大的幫助，尤其是對不可控制因素的了解更明顯。計算機模擬系統主要針對鉆井施工所在地的地質(zhì)情況分析；施工方案的模擬；注水泥設計的模擬；對下鉆工具的力度掌控；對實(shí)際井眼偏離設計井眼軌道的修正；對鉆井控制的模擬；對所鉆地質(zhì)的倒向控制；對鉆頭和其他器械的選擇和參數上的配置；鉆井模擬教學(xué)等。
2 計算機油藏模擬技術(shù)的應用
隨著(zhù)社會(huì )科技的不斷進(jìn)步，油田行業(yè)的發(fā)展也在不斷的加速，同時(shí)在油田開(kāi)發(fā)和勘探方面的費用也越來(lái)越高，不僅需要掌握油田開(kāi)發(fā)地質(zhì)的各種參數數據，還要根據不同的地質(zhì)特征來(lái)制定相關(guān)的分布圖的模型，尤其是油藏的位置模型非常重要，要采用相關(guān)的油藏技術(shù)對其進(jìn)行三維空間定量的研究，才能有效的描述油藏的位置，進(jìn)而制作模型。所謂油藏技術(shù)，就是對油藏的流體、沉積、構造等特征進(jìn)行三維油藏地質(zhì)的模擬。因此，油藏技術(shù)可以說(shuō)是在油田開(kāi)采行業(yè)中占有非常重要的地位，促進(jìn)油田行業(yè)的發(fā)展，還需要從優(yōu)化油藏技術(shù)的角度出發(fā)。根據當今形式的發(fā)展，我國將計算機技術(shù)與油藏技術(shù)相互結合的使用稱(chēng)為計算機油藏模擬技術(shù)，更進(jìn)一步優(yōu)化油藏技術(shù)，為油田行業(yè)做出巨大的貢獻。其中利用計算機油藏模擬技術(shù)制作較為常用的模型有黑油模型、裂縫模型、組份模型、蒸汽驅模型、化學(xué)驅模型等。
2.1 黑油模型
黑油模型被油田行業(yè)廣泛的應用，其中在砂巖油氣田的開(kāi)發(fā)中經(jīng)常用到，黑油模型由三組份形成的三維三相模型，其中三組份主要包括水、氣、油等三部分組成。根據當今的發(fā)展趨勢，傳統的開(kāi)發(fā)方案已經(jīng)不足以滿(mǎn)足現在油田開(kāi)發(fā)的需求，尤其是對油田新區的開(kāi)發(fā)，需要對開(kāi)放方案進(jìn)行處理和優(yōu)化，而通過(guò)計算機模擬技術(shù)開(kāi)發(fā)的黑油模型能有效的滿(mǎn)足當今油田開(kāi)發(fā)的需求，在油田新區的開(kāi)發(fā)中得到廣泛的應用，另外黑油模型還可利用到油田老區，用來(lái)確定油田老區開(kāi)采之后剩余油資源的分布，進(jìn)而達到增加油產(chǎn)量，提高油田開(kāi)發(fā)的效果。除此之外，黑油模型還在地下水層儲氣等油礦方面得到廣泛的應用。根據它的使用情況可以推斷出，黑油模型不僅是油藏模擬技術(shù)中使用的最廣泛的模型，同時(shí)它還是其他油礦開(kāi)采模型發(fā)展的基礎，在油田行業(yè)中的應用極大。
2.2 裂縫模型
油氣藏的種類(lèi)多種多樣，裂縫油氣藏的開(kāi)采是比較多的，根據名字大概可以分析出存在裂縫之間的油氣藏。事實(shí)就是如此，裂縫性油氣藏是由滲透性比較強的自然裂縫和巖層延性緊密的基質(zhì)巖塊組成的，由此可以看出，這類(lèi)油氣藏的開(kāi)采相對比較困難一些，并不是由單一性質(zhì)的孔隙介質(zhì)組成的油氣藏，對于此類(lèi)油田的開(kāi)采措施也做了相應的優(yōu)化策略。根據計算機模擬技術(shù)的應用，針對這類(lèi)裂縫油氣藏的開(kāi)采建立了裂縫模型的開(kāi)采模式，裂縫模型主要是采用雙重介質(zhì)滲流的開(kāi)采模式，對于這樣特殊的油氣藏模擬來(lái)說(shuō)是非常有效的。主要應用于華北、四川等地，根據我國的油氣藏分布情況來(lái)看，大多數的裂縫性油氣藏都處在華北、四川等一帶。較為常見(jiàn)的裂縫油氣藏主要由花崗巖、石灰巖、變質(zhì)巖等物質(zhì)構成。
2.3 組份模型
隨著(zhù)計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，在石油工程中應用的計算機模擬技術(shù)也針對各種不同的油氣藏制定相應的模擬技術(shù)。尤其是在針對開(kāi)采難度較大輕質(zhì)油藏、凝析油氣藏以及揮發(fā)性較強的油氣藏等，由于這些油氣藏的油質(zhì)極其的不穩定，甚至會(huì )出現物化反應的情況。因此，針對這種不穩定的油氣藏僅僅采用以上的模擬方式是無(wú)法來(lái)完成的，在利用油、水、氣等采用多孔介質(zhì)來(lái)描述流體流動(dòng)的情況的基礎上，還需要對油氣相中的烴類(lèi)成分瞬間相變的程度做以了解，這種模擬技術(shù)的形式又叫組份模型。組份模型主要應用范圍在帶油環(huán)和低水的凝析油氣藏以及純凝氣藏等開(kāi)采難度比較困難的油氣藏中。組份模型在計算機模擬技術(shù)的研究領(lǐng)域中是比較復雜的一項研究，模擬研究?jì)热葜饕ǜ蓺?、氮氣、二氧化碳等氣體注入以及循環(huán)注氣開(kāi)采、衰竭開(kāi)采等方向的研究，通過(guò)多項的研究可以解決在油氣藏開(kāi)采中遇到的相關(guān)問(wèn)題，比如：對類(lèi)型的準確判斷性、開(kāi)采方式的選擇合理性、對流體的評介、地面分離工藝、確定開(kāi)工程序、最后開(kāi)采的收益情況估計等多種的分析以及相關(guān)的解決方式，對于油氣藏開(kāi)采工程師來(lái)說(shuō)，這無(wú)疑是給予他們最有力的依據，并做出正確的開(kāi)采方針。從此看來(lái)，計算機模擬技術(shù)為石油工程領(lǐng)域做出了重大的貢獻，充分促進(jìn)了石油工業(yè)的發(fā)展。
2.4 蒸汽驅模型
在多種多樣的油氣藏中，其中有一種油氣藏是非常特殊的，稠油油田的油氣藏中的油質(zhì)粘稠度是非常大的，有些油氣藏的油質(zhì)稠度甚至不會(huì )出現流動(dòng)，對于這類(lèi)的油氣藏開(kāi)采是十分復雜而麻煩的，而且，最重要的是不能充分的對這類(lèi)油氣藏進(jìn)行開(kāi)采。據統計，我國所有油田的油氣藏中有10%的油氣藏屬于這種稠油型的油氣藏，對于這種稠油油田的開(kāi)采如果繼續使用常規的辦法的話(huà)，會(huì )非常浪費資源、人力以及物力，而且還不能有效的進(jìn)行開(kāi)采，比正常開(kāi)采的利潤要降低的很多，依靠注水和天然的能量來(lái)開(kāi)發(fā)這種類(lèi)型的油田根本得不到多大的利潤。稠油油田的開(kāi)采已經(jīng)被國家列為重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題，為此做出了相應的研究成果。利用蒸汽驅的熱力學(xué)原理和蒸餾的作用，來(lái)對這種油質(zhì)稠度較大的油氣藏進(jìn)行開(kāi)發(fā)，實(shí)現降低油氣藏油質(zhì)的稠度，提高油質(zhì)的流動(dòng)性，進(jìn)而達到油田開(kāi)采高利潤的目的，這種方式名為蒸汽驅模型。很明顯通過(guò)計算機模擬技術(shù)研制的蒸汽驅模型的利用，在稠油油田開(kāi)采中取得了很大的成就。蒸汽驅模型的原理是在采用方法上除了采用一般油田注熱水的方法外，還采用蒸汽驅和蒸汽吞吐的方法來(lái)實(shí)現降低油質(zhì)的稠度。蒸汽吞吐主要是應用在油質(zhì)稠度較大但還達不到?jīng)]有流動(dòng)性程度的油氣藏開(kāi)采中，應用很廣泛，而蒸汽驅的應用則是繼蒸汽吞吐更深一層的工作，主要應用在油質(zhì)稠度特別大，甚至失去流動(dòng)性的油氣藏的開(kāi)采中。就使用程度上來(lái)說(shuō)，蒸汽驅的使用條件要高于蒸汽吞吐的使用條件，在使用蒸汽驅的過(guò)程中，要求油氣藏的埋藏深度不得過(guò)深，而且油氣藏的厚度要保證在10米以下，要保證在開(kāi)采位置的泥巖夾層較少的地方進(jìn)行工作，否則將會(huì )對蒸汽驅造成一定的影響。因此，這也是蒸汽驅由于要求過(guò)高很少進(jìn)行實(shí)地試驗的原因。另外，蒸汽驅模型的應用還可對油田開(kāi)采中蒸汽吞吐的效果進(jìn)行預測以及對蒸汽吞吐設計最佳的吞吐周期。因此，蒸汽驅模型的采用，大大促進(jìn)了石油工業(yè)的發(fā)展，為油田工業(yè)創(chuàng )造了更多的利潤。
2.5 化學(xué)驅模型
在石油工程中，采油量與產(chǎn)業(yè)利益有著(zhù)直接聯(lián)系，如何在原有的方式上增加產(chǎn)油量是我國石油工程中重點(diǎn)研究的課題。終于不負眾望，在經(jīng)過(guò)長(cháng)時(shí)間的實(shí)驗和研究之后，通過(guò)利用化學(xué)的原理達到在原有的程度上增加油產(chǎn)量，名為化學(xué)驅模型?；瘜W(xué)驅模型主要是通過(guò)對注入水中加入一些化學(xué)溶劑，目的是為了降低地下相互之間的界面張力，由于在油氣藏中有很多部分的原油都會(huì )由于界面張力的作用，使這些原油無(wú)法被開(kāi)采出來(lái)，而化學(xué)驅模型可以解決這個(gè)問(wèn)題，降低地表下相應的界面張力，使得在地下被束縛的原油有重新的流動(dòng)被開(kāi)采出來(lái)，直接增加了原油的采收率，這也是通過(guò)礦場(chǎng)實(shí)地試驗以及試驗室模擬實(shí)驗充分證實(shí)的，是能有效增加原油產(chǎn)量的一種重要方法。但是，在使用化學(xué)驅模型的過(guò)程中還需要注意最關(guān)鍵的環(huán)節，就是對化學(xué)溶劑的調制，要根據不同油田的不同特點(diǎn)進(jìn)行調制，化學(xué)溶劑的調制要根據計算機模擬技術(shù)中所提供的相關(guān)參數進(jìn)行計算，如：液相粘度、滲透率、原油的飽和度等相關(guān)的計算，同時(shí)要結合地下的界面張力進(jìn)行分析，這個(gè)計算過(guò)程是比較繁瑣的，而后達成的目的就是要控制驅替相與被驅替相兩者之間界面張力的變化，同時(shí)還需要注意在通過(guò)化學(xué)溶劑實(shí)現到較小的張力之后所存在的巖石之間相互吸附的問(wèn)題。
根據現今石油工程開(kāi)采的情況分析，很多油氣藏在開(kāi)采的過(guò)程中的吸附過(guò)程都會(huì )對聚合物或活性劑造成一定的損耗，在此同時(shí)也降低了段塞驅替該有的效果，而且還增加了驅動(dòng)水帶的推進(jìn)速度直接超過(guò)段塞的推進(jìn)速度，這種情況之下極有可能出現驅動(dòng)水超越的現象，這對油氣藏開(kāi)采也會(huì )造成一定的影響。據統計，我國石油工程開(kāi)采中，只有極少一部分油氣藏在采用這種方式進(jìn)行開(kāi)采，其主要是因為化學(xué)驅模型的驅替過(guò)程比較繁瑣復雜，而且由于很多油氣藏開(kāi)采工作都受到技術(shù)和經(jīng)濟的限制，使得化學(xué)驅模型很少被應用，而大多的研究成果都是從實(shí)驗室和理論研究上得來(lái)的。但是，可以斷定的是化學(xué)驅模型確實(shí)能有效的幫助油田工程解決兩大難題。一，可以利用化學(xué)驅模型對開(kāi)采堿水驅、微乳液驅、聚合物驅、活性水驅等相關(guān)的過(guò)程進(jìn)行模擬，預測相關(guān)因素的開(kāi)采條件，優(yōu)化相應的開(kāi)采工作，從而達到提高開(kāi)采效率的目的，是作為開(kāi)采方案設計的有力依據；二，對油氣藏開(kāi)采中使用的驅油機的相關(guān)因素進(jìn)行了解，如，壓力的分布情況、驅油的特性、飽和度的分布情況等都是與驅油機息息相關(guān)的因素，了解這些才能掌握驅油機的整個(gè)驅油過(guò)程，進(jìn)而促進(jìn)石油工程的良好進(jìn)行。
3 結束語(yǔ)
本文針對于計算機模擬技術(shù)在石油工程中的運用進(jìn)行了具體的分析和研究，通過(guò)本文的探討，我們了解到，通過(guò)有效的運用計算機模擬技術(shù)，能夠解決石油工程中的很多難題，能夠節省大量的時(shí)間，并且有助于促進(jìn)石油開(kāi)采的效率，使石油企業(yè)能夠獲得更大的經(jīng)濟效益，促進(jìn)石油企業(yè)的長(cháng)遠發(fā)展，進(jìn)而推動(dòng)我國社會(huì )經(jīng)濟的長(cháng)遠發(fā)展。
參考文獻
[1]高興坤,孫正義,李紅宣.計算機模擬技術(shù)在鉆井工程中的應用及展望[J].石油鉆探技術(shù),2007(05).
[2]李春雨.計算機在石油工程地質(zhì)中的應用[J]. 石油工業(yè)計算機應用,2006(02).
[3]張天雷,曹邦功,王衛平,蔣多元.計算機系統資源管理在石油勘探領(lǐng)域中的應用[J]. 勘探地球物理進(jìn)展,2008(06).
作者簡(jiǎn)介
張海波（1971-），男，滿(mǎn)族，吉林省松原市人?，F為吉林省鎮賚縣大屯鎮英臺采油廠(chǎng)工程師。主要研究方向為石油工程。
作者單位
中國石油吉林油田分公司英臺采油廠(chǎng) 吉林省白城市137317
