裂縫性油藏稠油蒸汽注采數(shù)值模擬自適應(yīng)網(wǎng)格法的研究.pdf

1、蒸汽注采是在裂縫性稠油油藏開發(fā)中應(yīng)用非常廣泛且驅(qū)油效率較高的開采方法。對于裂縫性油藏稠油蒸汽注采的數(shù)值模擬，其困難在于在流場相變區(qū)域附近存在一個非常陡峭的溫度和飽和度鋒面。由于物理量在跨越鋒面界面時變化非常劇烈，在鋒面附近必須采用很小的網(wǎng)格尺寸才能滿足精度的要求。如果對全場都采用均勻細網(wǎng)格，計算量將非常巨大。因此，對于這類問題非常有必要采用能夠自動追蹤物理量變化劇烈的鋒面的自適應(yīng)網(wǎng)格法，在物理量梯度大的位置采用細網(wǎng)格，而在物理量變化緩慢

2、的區(qū)域采用較粗的網(wǎng)格。 本文工作的目標(biāo)是將自適應(yīng)網(wǎng)格法應(yīng)用于裂縫性油藏蒸汽注采的數(shù)值模擬。對于均勻裂縫性油藏，建議對裂縫和基質(zhì)采用完全相同的自適應(yīng)網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)下的自適應(yīng)網(wǎng)格算法既簡便又有效。數(shù)值算例的結(jié)果表明該自適應(yīng)網(wǎng)格法相比全精細網(wǎng)格計算能夠在保證計算精度的前提下大幅提高計算速度。同時，裂縫性油藏蒸汽輔助重力驅(qū)油(SAGD)過程算例的結(jié)果顯示了在SAGD過程中由于受到裂縫滲透能力強的影響，蒸汽腔容易較早地接觸油藏頂部，對

3、蒸汽熱能的利用率有著不利的影響。 然而，在非均勻裂縫性情況下實施自適應(yīng)網(wǎng)格法，需要面臨一些復(fù)雜的數(shù)學(xué)物理問題。 首先，本文發(fā)現(xiàn)，由于裂縫與基質(zhì)之間的流體交換受基質(zhì)滲透率大小的控制，而且相鄰基質(zhì)塊之間的聯(lián)系很微弱，因此基質(zhì)滲透率在空間的急劇變化會導(dǎo)致相鄰基質(zhì)飽和度的空間不連續(xù)，直接對基質(zhì)粗網(wǎng)格的變量進行插值或平均將帶來問題的復(fù)雜性。為了解決這一問題，本文對裂縫和基質(zhì)方程分別使用不同的網(wǎng)格系統(tǒng)——僅對裂縫使用自適應(yīng)網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，

4、而對基質(zhì)使用全精細網(wǎng)格。由于在DP模型下不考慮基質(zhì)之間的影響，本文在Newton—Raphson迭代過程中使用一種特殊的裂縫．基質(zhì)方程解耦方法，將基質(zhì)方程和變量完全消去，僅剩下自適應(yīng)網(wǎng)格下的裂縫方程和變量需要參與大型稀疏矩陣的求解。此外，這一解耦方法也同樣適合于DK模型，只需將相鄰基質(zhì)網(wǎng)格的變量暫時“顯式化”，即在進行Newton—Raphson迭代過程中取上一迭代步的值。數(shù)值算例的結(jié)果表明，本文提出的針對非均勻裂縫性油藏的自適應(yīng)網(wǎng)格法

5、相比于全精細網(wǎng)格計算也擁有很大的計算速度優(yōu)勢，并且保持了較高的計算精度。數(shù)值計算效率的提高來源于對裂縫采用自適應(yīng)網(wǎng)格結(jié)構(gòu)及方程求解時采用了這一特殊的裂縫—基質(zhì)變量解耦方法。 其次，在非均勻情況下對粗網(wǎng)格等效滲透率的計算一直是國際上關(guān)注的難題。特別是對于多層網(wǎng)格結(jié)構(gòu)下的等效滲透率求解方法，問題變得更加復(fù)雜。這是由于大多數(shù)等效滲透率方法蘊含有統(tǒng)計屬性(需要粗網(wǎng)格包含有大量的精細網(wǎng)格)或者需要使用周期性邊界條件。對于多層網(wǎng)格結(jié)構(gòu)中的較

6、細層次，它們包含的精細網(wǎng)格數(shù)量太少，可能不足以使這些等效滲透率算法有效。為了解決這一問題，本文建議在估算一個粗網(wǎng)格的等效滲透率時，不應(yīng)只關(guān)注其自身所攜帶的有限信息，而應(yīng)考慮其他區(qū)域?qū)λ挠绊?。于是，本文從大尺度平均理論出發(fā)，利用大尺度平均理論在全場求得“輔助變量”，它描述了壓力和速度的脈動與大尺度平均的壓力梯度之間的關(guān)系。利用“輔助變量”攜帶的信息，可以求解任意一個局部區(qū)域的等效滲透率。這一方法提供了一個恰當(dāng)?shù)姆绞絹碛嬎愣鄬泳W(wǎng)格結(jié)構(gòu)下粗

7、網(wǎng)格的等效滲透率，而且無需對它引入任何邊界條件。數(shù)值算例的結(jié)果表明這種方法相對其他常用的方法對等效滲透率的估算在多層網(wǎng)格下有著更好的近似。 自適應(yīng)網(wǎng)格法的計算速度很快，可以使人們在不同參數(shù)情況下快速進行大量的數(shù)值模擬，有利于發(fā)現(xiàn)油藏開采中的問題及優(yōu)化開采策略。在對一維裂縫性油藏蒸汽驅(qū)過程進行大量數(shù)值實驗后，發(fā)現(xiàn)毛管力滲吸驅(qū)油機制只在某些條件下起作用。當(dāng)改變油藏參數(shù)導(dǎo)致進入油藏的液態(tài)水量減少時，裂縫中可能出現(xiàn)過熱蒸汽。在這些情況下