非均勻多孔介質(zhì)中多相滲流的有限分析算法.pdf

1、非常規(guī)油氣資源已經(jīng)成為21世紀能源結(jié)構(gòu)中的重要組成部分，非常規(guī)油氣的埋藏、賦存狀態(tài)與常規(guī)油氣資源有較大區(qū)別，這給油藏數(shù)值模擬帶來了新的挑戰(zhàn)。地質(zhì)參數(shù)的非均質(zhì)性，特別是絕對滲透率的強非均質(zhì)性，是非常規(guī)油氣藏數(shù)值模擬的一大難點。實際應(yīng)用于非常規(guī)油氣藏數(shù)值模擬的計算網(wǎng)格都是建立在較大尺度上的，一個計算網(wǎng)格往往包含很多特性不同的子區(qū)域，為了給定相應(yīng)大尺度網(wǎng)格上的特性參數(shù)，必須要對地質(zhì)參數(shù)，特別是滲透率進行大尺度化處理。傳統(tǒng)的數(shù)值算法會嚴重低估多

2、孔介質(zhì)的滲流能力，為了得到更加準確的結(jié)果，需要對網(wǎng)格進行細分，細分的程度通常會依賴于非均勻性的強弱，即使在非均勻性不強的情況下也需要上千次的細分，這是大尺度化不能接受的。本文的主要研究內(nèi)容就是針對非均質(zhì)多孔介質(zhì)中多相滲流的數(shù)值模擬建立高效而準確的數(shù)值計算格式，將非均勻單項滲流的有限分析算法應(yīng)用到非均勻多相滲流的數(shù)值模擬中，并對“大孔道”現(xiàn)象進行相關(guān)研究。
　　首先，本文對二維不可壓縮非均勻兩相滲流問題展開研究，將油、水連續(xù)方程相加

3、得到總滲方程，忽略毛管力梯度項，得到一個和單相滲流形式相同的類拉普拉斯方程，將該方程的奇點壓力冪律解析解作為總滲方程的一個近似解，推導(dǎo)出兩相滲流網(wǎng)格界面絕對滲透率的有限分析格式，建立非均勻兩相滲流的有限分析算法。該格式得到的網(wǎng)格界面絕對滲透率與控制體周邊網(wǎng)格的絕對滲透率都相關(guān)。在壓力線性分布的特別情況下，有限分析格式自動退化為傳統(tǒng)格式。滲透率棋盤分布算例顯示有限分析算法在少量的網(wǎng)格加密情況下即可算出準確的飽和度場以及見水時間，特別地，在

4、滲透率log-normal分布的算例中，有限分析法在原始網(wǎng)格下的計算結(jié)果已經(jīng)具備很高的精度;無論是滲透率棋盤分布還是log-normal分布傳統(tǒng)算法嚴重低估了飽和度鋒面的移動速度和出口邊界的見水時間，隨著網(wǎng)格的加密，計算結(jié)果向著有限分析結(jié)果收斂，收斂的速度完全受控于介質(zhì)的非均勻強弱，而有限分析法幾乎不受其影響。
　　進一步地，本文對二維非均勻三相滲流展開了研究。兩相滲流有限分析算法的推導(dǎo)過程實際上提供了一種網(wǎng)格界面絕對滲透率的求解

5、思路，本文借鑒這一思路重構(gòu)了網(wǎng)格界面絕對滲透率的有限分析格式，建立了非均勻三相滲流的有限分析算法。滲透率棋盤分布的三相滲流算例顯示，有限分析算法能夠準確的計算出溫度場、各相飽和度場以及見氣時間，同時看到高滲透率網(wǎng)格之間會形成一個質(zhì)量和能量的高速流通通道，這一通道會加速蒸汽及熱量的流通，在滲透率棋盤分布的蒸汽驅(qū)算例中，這條通道會導(dǎo)致生產(chǎn)井快速見氣;傳統(tǒng)算法得到的溫度場、各相飽和度場以及見氣時間遠遠落后于有限分析的結(jié)果，為了得到收斂結(jié)果，需

6、要對原始網(wǎng)格進行上萬次的細分，大大降低了計算效率。滲透率log-normal分布的算例結(jié)果顯示，與兩相滲流類似，有限分析算法在原始網(wǎng)格下的計算結(jié)果已經(jīng)具有很好的計算精度，生產(chǎn)井的見氣時間也基本不隨網(wǎng)格加密參數(shù)變化，但傳統(tǒng)算法收斂的速度完全依賴于介質(zhì)的非均勻性強弱，即使在非均勻性不強的情況下，也需要對原始網(wǎng)格進行幾百甚至上千次的細分。在實際生產(chǎn)中，準確的生產(chǎn)井見氣時間對產(chǎn)量以及殘余油飽和度的預(yù)估具有重要意義。最后，本文利用滲透率log-n

7、ormal分布蒸汽驅(qū)算例的結(jié)果，對“大孔道”現(xiàn)象進行了相關(guān)探究。有限分析結(jié)果顯示注入井和生產(chǎn)井之間會形成高滲通道使得生產(chǎn)井快速見氣，將高滲通道所在計算區(qū)域內(nèi)網(wǎng)格的絕對滲透率按照生產(chǎn)井產(chǎn)量與有限分析結(jié)果一致的原則調(diào)高相應(yīng)倍數(shù)后，用傳統(tǒng)算法進行數(shù)值計算，得到了與有限分析法相近的溫度場、各相飽和度場以及生產(chǎn)井見氣時間。這個過程正好重現(xiàn)了對滲透率歷史擬合的過程。因此，本文認為傳統(tǒng)算法嚴重低估多孔介質(zhì)的滲流能力可能是“大孔道”現(xiàn)象的一個合理解釋。