缝洞型油藏离散介质网络模型数值模拟研究

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缝洞型油藏资源丰富,开发前景非常广阔。但是由于缝洞型储层丰富的缝洞结构,介质类型多,尺度差别大,流动规律复杂,从宏观上讲溶洞、裂缝中流体的流动的方向性不能忽略,很难用多重介质模型来描述缝洞型油藏流体的流动状况,因此应用现有模型对缝洞型油藏的渗流规律和流动状态进行模拟和预测非常困难,因此需要建立一套适用于缝洞型油藏的流动模拟理论。本文针对缝洞型油藏的地质特征,将其划分为基岩、裂缝和溶洞三大系统,其中对裂缝进行了降维,将基岩和裂缝都视为渗流区域,溶洞视为自由流动区域,建立了缝洞型油藏离散介质网络网络模型。其中包括单相的基岩、裂缝系统的流体渗流模型和溶洞系统流体自由流模型,在渗流与自由流的耦合界面采用著名的Beavers-Joseph-Saffman滑移速度边界条件;还建立了离散缝洞网络两相流动数学模型,其中在油藏大尺度下将溶洞处理为点添加窜流项的方式与两相渗流进行耦合。然后分别对基岩和裂缝系统采用三角形单元和线单元进行离散并推导出了其有限元插值函数,通过采用加权余量法得到了离散裂缝网络数值模拟的压力和饱和度方程的等效积分形式,形成了离散裂缝网络数值模拟的单元特性矩阵和列阵,建立了Galerkin有限元推导了单相渗流数值计算格式、单相自由流数值计算格式、两相渗流数值计算格式,在进行流体流动数值模拟时具有精度高,网格取向性弱的优点。在自由流区域摒弃了传统的有限元方法求解,原因在于建立的模型为非线性方程组,需要用牛顿拉斐尔迭代法等方法进行求解,求解速度慢且结果容易发散,而采用特征分裂方法,该算法在插值函数的选取上都采用了线性插值函数,使得方程微分算的阶次得到了统一,解决了数值解法耦合上的困难。同时求解时每一步只需求解一个线性方程组,求解结果准确且快速。本文还对有限元计算中刚度矩阵病态的问题,采用预条件共轭梯度算法进行线性方程组的求解,优化了有限元数值计算的过程。最后,基于提出的缝洞型油藏离散介质网络模型与其有限元数值计算格式,编译了"DFVNSIM离散缝洞网络数值模拟器”,该模拟器在概念模型模拟结果与Eclipse模拟的结果对比中,结果吻合较好,并显示了三角网格在流体流动模拟中的优势,验证了本文理论和方法的正确性。通过算例分析,裂缝的方位和长度、溶洞的大小对缝洞型油藏中的流体流动有着显著的影响,因此正确认识裂缝和溶洞的分布对油藏开发及其注采井网的布置有着非常重要的意义。本论文创建了一套缝洞型油藏流动模拟理论与方法,为缝洞型油藏能够高效的开发提供了理论基础与方法支持。
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