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(kāi)發(fā)中應(yīng)用非常廣泛且驅(qū)油效率較高的開(kāi)采方法。對(duì)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(chǎng)相變區(qū)域附近存在一個(gè)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(shí)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(duì)全場(chǎng)都采用均勻細(xì)網(wǎng)格，計(jì)算量將非常巨大。因此，對(duì)于這類問(wèn)題非常有必要采用能夠自動(dòng)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(xì)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(duì)于均勻裂縫性油藏，建議對(duì)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(jiǎn)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(xì)網(wǎng)格計(jì)算能夠在保證計(jì)算精度的前提下大幅提高計(jì)算速度。同時(shí)，裂縫性油藏蒸汽輔助重力驅(qū)油(SAGD)過(guò)程算例的結(jié)果顯示了在SAGD過(guò)程中由于受到裂縫滲透能力強(qiáng)的影響，蒸汽腔容易較早地接觸油藏頂部，對(duì)

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(shí)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(wèn)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(huì)導(dǎo)致相鄰基質(zhì)飽和度的空間不連續(xù)，直接對(duì)基質(zhì)粗網(wǎng)格的變量進(jìn)行插值或平均將帶來(lái)問(wèn)題的復(fù)雜性。為了解決這一問(wèn)題，本文對(duì)裂縫和基質(zhì)方程分別使用不同的網(wǎng)格系統(tǒng)——僅對(duì)裂縫使用自適應(yīng)網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，

4、而對(duì)基質(zhì)使用全精細(xì)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(guò)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(shí)“顯式化”，即在進(jìn)行Newton—Raphson迭代過(guò)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(duì)非均勻裂縫性油藏的自適應(yīng)網(wǎng)格法

5、相比于全精細(xì)網(wǎng)格計(jì)算也擁有很大的計(jì)算速度優(yōu)勢(shì)，并且保持了較高的計(jì)算精度。數(shù)值計(jì)算效率的提高來(lái)源于對(duì)裂縫采用自適應(yīng)網(wǎng)格結(jié)構(gòu)及方程求解時(shí)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(duì)粗網(wǎng)格等效滲透率的計(jì)算一直是國(guó)際上關(guān)注的難題。特別是對(duì)于多層網(wǎng)格結(jié)構(gòu)下的等效滲透率求解方法，問(wèn)題變得更加復(fù)雜。這是由于大多數(shù)等效滲透率方法蘊(yùn)含有統(tǒng)計(jì)屬性(需要粗網(wǎng)格包含有大量的精細(xì)網(wǎng)格)或者需要使用周期性邊界條件。對(duì)于多層網(wǎng)格結(jié)構(gòu)中的較

6、細(xì)層次，它們包含的精細(xì)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(wèn)題，本文建議在估算一個(gè)粗網(wǎng)格的等效滲透率時(shí)，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(chǎng)求得“輔助變量”，它描述了壓力和速度的脈動(dòng)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(gè)局部區(qū)域的等效滲透率。這一方法提供了一個(gè)恰當(dāng)?shù)姆绞絹?lái)計(jì)算多層網(wǎng)格結(jié)構(gòu)下粗

7、網(wǎng)格的等效滲透率，而且無(wú)需對(duì)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(duì)其他常用的方法對(duì)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(jì)算速度很快，可以使人們?cè)诓煌瑓?shù)情況下快速進(jìn)行大量的數(shù)值模擬，有利于發(fā)現(xiàn)油藏開(kāi)采中的問(wèn)題及優(yōu)化開(kāi)采策略。在對(duì)一維裂縫性油藏蒸汽驅(qū)過(guò)程進(jìn)行大量數(shù)值實(shí)驗(yàn)后，發(fā)現(xiàn)毛管力滲吸驅(qū)油機(jī)制只在某些條件下起作用。當(dāng)改變油藏參數(shù)導(dǎo)致進(jìn)入油藏的液態(tài)水量減少時(shí)，裂縫中可能出現(xiàn)過(guò)熱蒸汽。在這些情況下