数模发展史

1. 数值模拟技术开始于19年.由Aronofsky和Jenkins应用于分析一维一相气体非稳态径向流.

第一个商业数值模拟软件诞生于1966年, 由D.R.McCord联合公司研发.

2. 岩芯实验公司稍后推出了自己的数值模拟软件.

3. 1968年成立的INTERCOMP及科学软件公司主导了70年代数值模拟软件市场, Kaneb服务公司于1977年收购了INTERCOMP公司

并于1983年售于科学软件公司,两家公司合并为后来的SSI公司,现被贝克休斯收购.其开发的数值模拟软件为Simbest2.

4. Ian cheshire博士于70年代在英国原子能源部率领小组开发PORES数值模拟软件,于1981年10月同John Appleyard和Jon Holmes成立ECL公司,开始研发后来主导

数值模拟软件市场的ECLIPSE软件.ECLIPSE是\"ECL's Implicit Program for Simulation Engineering\"的缩写.1983年11月发布第一个版本.该版本创下几个世界第一.是第一个全隐式模拟全油田的数值模拟软件.是第一个采用嵌套因式分解法的数值模拟软件.首创角点网格.首次采用优化内存管理,模拟双孔双渗而且首次可以运行在不同的硬件平台.

1986年INTERA收购ECL公司.1995年斯仑贝谢GeoQuest收购INTERA公司软件部.

5. CMG公司1977年成立于加拿大卡尔加里,其开发的数值模拟软件为STAR,IMEX及

GEM.STAR应用于热采研究,IMEX应用于黑油模型,GEM应用于组分模型.

CMG公司目前在中国,美国,英国,委内瑞拉建立了办事处.

6. J.S.Nolen联合公司成立于1979年,其公司创设人为J.S.Nolen.该公司于1985年被西方阿特拉斯收购.1996年兰德马克公司收购了西方阿特拉斯

数模业务.兰德马克于1996年7月被哈里伯顿公司宣布收购,成为其下子公司. 其开发的数值模拟软件为VIP.VIP为Vectorized Implicit Program的缩写.

1991年开始研发并行算法.

7. SimTech成立于1982年,1996年5月16日被Intera收购.Intera为Duke工程服务公司的子公司,主要做环境及水资源评价.

8. 数值模拟研究公司(RSRC)成立于1982年,1996年被Smedvig收购.1999年Smedvig技术公司与多流体ASA合并组成新的Roxar公司.

其模拟软件为MORE. MORE为Modular Oil Reservoir Evaluation的缩写.

9. Hot (Heinemann Oil Technology and Engineering)公司1986年成立于奥地利Leoben.其模拟软件为SURE,包括SUREGrid, SURESim,SUREPlot,SUREPVT,SUREFrac. SURE的主要特色是采用PEBI网格.

1999年12月RC2收购HOT公司SURE软件,2001年2月Viritas DGC公司收购RC2和SURE.2003年9月地震微技术公司(SMT)收购RC2和SURE.

10.其他数值模拟软件有:IFP的Athos. ConocoPhilipse的SENSOR,壳牌的MORES.

油藏数值模拟未来10年发展预测

进入二十一世纪，伴随着计算机的飞速发展以及互连网的普及应用，科技以令人难以想象的速度在突飞猛进。我们今天刚刚想到的，可能早已经被别人所实现，而我们从来没想过的，别人可能已经投入研究多年。在这样一个时代，要对未来技术发展做出长期预测几乎是不可能的。本文将对未来10年数模技术的发展做大胆预测，由于本人从事数模工作多年，并且一直在追随数模技术的进展，相信大部分预测都会成为现实。

1。 在将来十年，基于UNIX操作系统的工作站将彻底退出数值模拟计算平台。数值模拟的前后处理都将在PC机上进行，数值模拟串行和并行作业大部分将在基于Linux操作系统平台上的PC机群上运行，小模型将直接在PC机上运行。能够进行作业队列管理的软件（比如LSF)将被逐渐普遍使用。

2。现在流行的所以商业软件都将推出基于C++的新一代数值模拟软件，新一代软件在计算速度，内存管理，并行优化，并行负载平衡，处理超大模型等方面将有重大进展。但这些进展主要表现在软件方面，在数值模拟数值解法方面不会有大的突破。

3。受益与摩根定律CPU计算能力每18个月翻一倍，计算机的计算能力将越来越强，位操作系统的推出将使每个作业能够占用更大内存，这样都保证了更大模型的模拟工作。相信十年内数模网格将会到达千万数量级。这样的化，由地质模型到数模模型的网格合并将不再需要，从而排除了由孔隙度和渗透率合并计算带来的误差。不过另一方面由于计算机能力的增强，地质模型也可能变得更大，对于大型油气田，仍然需要合并工作。

4。PEBI网格将越来越多的被采用，相信十年内有30％左右的数模模型将会采用PEBI网格。

5。辅助历史拟合和自动历史拟合将不会有大的进展，历史拟合仍然将取决于油藏工程师的经验，也就是说，十年内历史拟合仍然是门艺术。

6。传统的数值模拟工作流不会有变化，将会继续被大量应用。但新的工作流将会出现而且逐渐被投入实际应用，那就是概率工作流，概率工作流将定量分析模型参数的不确定性，计算结果也将不会象传统工作流那样提供唯一结果，而会象天气预报一样提供得到某一结果的概率。

7。勘探与开发人员将在共同的软件平台上工作，勘探与开发一体化将不再只是一个概念。大部分油公司开发人员将可以直接应用勘探人员的成果，不再需要繁琐的数据输入，输出，格式整理等工作。

8。数值模拟将不会只对油藏的模拟，数值模拟将模拟从油藏到井筒，地面设备，地面管网，一直到炼油厂的油气分离处理设备。油藏模型，井筒流动模型，地面管网模型，油气处理模型将完整耦合在一起进行模拟。

数值模拟技术发展史

数值模拟技术诞生于1953年.Bruce,G.H和Peaceman ,D.W模拟了一唯气相不稳定径向和线形流。受当时计算机能力及解法,数值模拟技术只是初步应用于解一维一相问题.两相流动模拟诞生于19年，West,W,J和Garvin,W.W模拟了油藏不稳定两相流。

1955年Peaceman与Rachford研发的交替隐式解法(ADI)是数值模拟技术的重大突破.该解法非常稳定,而且速度快,所以迅速在包括石油,核物理,热传导等领域得到广泛应用.1958年Douglas,Jim和Blair,P.M第一次进行了考虑毛管压力效果的水驱模拟。1959年Douglas,Jim和Peaceman,D.W第一次进行了两唯两相模拟，这标志着现代数值模拟技术的开始。在他们的模拟器里全面考虑了相对渗透率，粘度，密度，重力及毛管压力的影响。

60年代数值模拟技术的发展主要在数值解法，第一个有效的数值模拟解法器是1968年Stone推出的SIP(Strong Implicit Procedure).该解法可以很好地用来模拟非均质油藏和形状不规则油藏。另一个突破是时间隐式法，该方法可以用来有效的解高流速问题，比如锥进问题。60年代其他方面的发展还有1967年Coats,K.H和Nielsen,R.L首次进行了三唯两相模拟，而且提出了垂直平衡和拟相对渗透率及毛管压力方法。1968年Breitenbach,E.A发表了三唯三相模拟解法。

Stone在70年代发表了三相相对渗透率模型，由油水和油气两相相对渗透率计算油，气，水三相流动时的相对渗透率，该技术现在还广为应用。70年代另一项主要成就是Peaceman提出的从网格压力来确定井底流压的校正方法，及现在通用的Peaceman方程。在解法方面的发展是采用了正交加速的近似分解法。70年代在组分和热采模拟方面也取得很大进展，1973年Nolen,J.S描述了考虑油气中间组分分布的组分模拟，Cook提出变黑油模拟来进行组分模拟。Shutler在1970年发表了对两唯三相模型的蒸气注入模拟。70年代在EOR方面也取得了极大进展。

80年代最大的成就是Appleyyard,J,R和Cheshire,I.M发表了嵌套因式分解法，该解法非常稳定而且速度快，是目前最为广泛应用的解法。正是基于该解法，Cheshire,I.M于1981年同John Appleyard和Jon Holmes成立ECL公司,开始研发后来主导数值模拟软

件市场的ECLIPSE软件。80年代见证的另一个主要发展是组分模型，虽然组分模型在60年代就已经推出，但很不稳定。80年代提出的体积平衡和Yong-Stephenson方程解决了组分模型稳定问题。使组分模型可以广为应用。Ponting,D.K提出了角点网格来模拟模型，这样可以真实地描述油藏。

90年代数值模拟的进展主要在粗化技术，并行计算，PEBI网格等方面。Zoltan E.Heinemann提出了PEBI网格，PEBI网格结合了正交网格和角点网格的优点，现在正逐渐成为主流数值模拟网格体系。VIP于1994年推出并行算法，ECLIPSE于1996年推出并行算法。CMG于2001年推出并行算法。粗化技术的难点在于渗透率的粗化，基于流动计算进行的渗透率粗化可以较真实的符合地质模型，现在新的粗化技术还在发展。

21世纪数值模拟技术发展体现在两方面，一方面是一体化模拟技术，数值模拟将不只是对油藏的模拟，数值模拟将对油藏，井筒，地面设备，管网以及油气处理厂进行一体化模拟，从而最优化管理油田。另一方面是定量进行属性不确定性分析，定量分析属性不确定性对计算结果的影响。

附录：

ADI历史：

Peaceman与Rachford都毕业于麻省理工学院化学工程专业,毕业后加入Humber石油开发研究部(后并入Exxon公司).当时数值模型只是采用隐式法计算一维问题.这对研究如何经济有效开发油气田是远远不够的.于是他们开始新方法的研究以解决两维和三维问题.他们的工具是组装的计算器,每秒只能进行五次浮点计算,内存只有56字节.Peaceman非常清楚的记得ADI解法诞生于1953年12月30号,是在准备新年晚会的

前夜.

1955年Peaceman与Rachford在工业及应用数学协会杂志(Vol 3, 28-41页)发表了他们著名的论文: 关于抛物线及椭圆型差分方程的数值解.在该论文中系统地阐述了ADI解法.ADI解法的成功之处在于它将复杂的问题简化为一系列的简单一维问题.传统的显式解法要求时间步要非常小以获得精确解,数值分析证明空间网格计算精度每增加一倍,时间步就需缩小1/4. 而传统隐式解法可以解大时间步,但要进行大量的计算,这是Peaceman与Rachford时代计算机能力不能承受的.ADI方法提出在空间一个方向上采用隐式解法,在另一个方向采用显式解法,下一个时间步进行隐式解法与显式解法交替,这样每解完一对时间步,所有网格节点都完成了隐式解,从而保持了全隐式解法允许大时间步的优势.ADI解法比当时的全隐式解法要快7倍,比当时的显式解法要快25倍.

(另,今年是ADI解发提出50周年,Rice大学将举办一系列纪念活动).

参考文献：

1. J.W.Watts: Reservoir Simulation: Past,Present,and Future. SPE 38441

2. J.G.Richardson,H.L.Stone: A Quarter Century of Progress in Application of Reservoir Engineering.

SPE 4697