復雜地層油藏蒸汽注采數(shù)值模擬自適應網(wǎng)格法的研究.pdf

1、蒸汽注采是稠油油藏開發(fā)的主要手段。對于復雜地層油藏蒸汽注采過程的數(shù)值模擬，其中一個困難在于計算流場中存在一個溫度、飽和度劇烈變化的相變鋒面。在鋒面附近位置，物理量變化非常劇烈，計算網(wǎng)格的尺寸必須很小以滿足計算精度的要求，如果對計算區(qū)域采用均勻網(wǎng)格計算，則計算量將難以忍受;另外，由于地層的復雜性，往往采用非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格處理，這勢必會增加數(shù)值離散上的復雜度，而若采用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，其尺度又會影響復雜區(qū)域的計算精度。因此，有必要建立高效而又精確的數(shù)

2、值模擬手段，自適應網(wǎng)格法就是本文的主要研究內(nèi)容。
　　 本文工作的目標是將自適應網(wǎng)格法應用于復雜地層稠油油藏蒸汽注采過程的數(shù)值模擬，并研究引入自適應網(wǎng)格法后遇到的相關(guān)數(shù)學物理問題。
　　 對均質(zhì)油藏的自適應網(wǎng)格展開研究。利用結(jié)構(gòu)化程序設計方案編寫蒸汽注采自適應網(wǎng)格法程序，結(jié)構(gòu)化的程序能夠很方便地將后續(xù)研究工作引入，從而大幅度縮減數(shù)值程序的編寫時間。二維與三維的均質(zhì)油藏蒸汽輔助重力泄油(SAGD)算例顯示，自適應網(wǎng)格法能大

3、幅度提高模擬的計算速度，并且保持很高的計算精度。自適應網(wǎng)格結(jié)構(gòu)也顯示計算區(qū)域中的精細網(wǎng)格數(shù)量大幅度減少。
　　 在將自適應網(wǎng)格技術(shù)應用到非均質(zhì)油藏的模擬中時，對于自適應網(wǎng)格系統(tǒng)中的各層次粗網(wǎng)格，采用重正化方法計算等效滲透率。為削減網(wǎng)格取向效應的影響，對二維蒸汽驅(qū)的模擬采用九點離散格式，并建立自適應網(wǎng)格系統(tǒng)下非均質(zhì)油藏的控制方程的離散方法。二維非均質(zhì)油藏SAGD算例和蒸汽驅(qū)算例顯示，在此類油藏的模擬中，自適應網(wǎng)格法也能保持很高的計

4、算精度，并且能大幅度提高計算速度。
　　 對于復雜斷層油藏的模擬，本文提出將斷層處理成滲透率極低的介質(zhì)，從而將斷層油藏類比于非均質(zhì)油藏，對整個斷層油藏劃分均勻的結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格。對于網(wǎng)格系統(tǒng)中被斷層穿過的網(wǎng)格，文中對其等效滲透率的處理提出按流體流通通道進行計算的方法，而不是直接將網(wǎng)格的等效滲透率置為極低值。對于同時被斷層穿過的相鄰網(wǎng)格，本文提出，在計算它們之間的流量時，必須考慮斷層連續(xù)性的影響。對斷層油藏劃分結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格后，將自適應網(wǎng)格

5、技術(shù)應用其中。自適應網(wǎng)格系統(tǒng)中網(wǎng)格粗化僅依據(jù)所選物理量的空間變化，不專門針對斷層附近區(qū)域劃分精細網(wǎng)格。斷層區(qū)域?qū)⒁罁?jù)其附近物理量的變化適時地采用較粗網(wǎng)格計算，從而進一步提高自適應網(wǎng)格法程序的計算速度。對于斷層區(qū)域附近各層次粗網(wǎng)格，采用重正化方法計算其等效滲透率。二維SAGD算例及蒸汽驅(qū)算例表明，將斷層處理成滲透介質(zhì)沒有破壞斷層本身的物理性質(zhì)，而自適應網(wǎng)格法的引入大幅度提升了斷層油藏模擬的計算速度，同時與全精細網(wǎng)格法相比，自適應網(wǎng)格法也保

6、持了很高的計算精度。
　　 在對復雜邊界油藏進行數(shù)值研究時，結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格往往難以劃分。本文提出以一塊較大的矩形區(qū)域覆蓋整個計算區(qū)域，針對該矩形區(qū)域劃分結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格的辦法。網(wǎng)格結(jié)構(gòu)中，位于邊界外的網(wǎng)格并不參與計算，整個計算復雜度沒有增加。為充分考慮邊界的影響，本文采用界面滲透率代替網(wǎng)格滲透率進行數(shù)值計算的方案，對被邊界穿過的界面提出滲透率的預處理方法。單相流的驗證算例顯示，該方案與預處理方法對于復雜邊界的模擬能夠取得很高的計算精度，即

7、使在網(wǎng)格尺度較大的情況下，計算所得的解依然很接近收斂解。將自適應網(wǎng)格技術(shù)應用到復雜邊界油藏的模擬中時，網(wǎng)格系統(tǒng)的粗化判據(jù)僅為所選物理量的空間變化，并不考慮網(wǎng)格是否位于邊界。在計算過程中，計算邊界附近會適時的采用粗網(wǎng)格，從而大幅度提高了計算速度。對于邊界處的各層次粗網(wǎng)格，采用和精細網(wǎng)格同樣的預處理方法計算其界面等效滲透率。二維水平井蒸汽驅(qū)算例以及SAGD算例顯示，自適應網(wǎng)格法能保持很高計算速度，邊界處適時地采用粗網(wǎng)格計算并不影響自適應網(wǎng)格