一种模拟裂缝性油藏多重嵌套介质内流体流动的方法

1.本发明涉及复杂的非均质地下储层中流体流动的模拟技术领域，特别涉及一种模拟裂缝性油藏多重嵌套介质内流体流动的方法。


背景技术：

2.根据目前诸多研究表明，大量油气藏地下储层存在着天然裂缝并构成裂缝网络。相互连接的裂缝网络会对多孔介质内的流体流动产生重要影响。自1970年代中期以来，石油工业就开始使用双孔模型（dp）方法来模拟裂缝介质与储层基质内的流体流动特征。这种方法的基本概念可以如图1所示。图1是在具有天然裂缝和溶孔的天然裂缝储层中模拟流体流动的双孔模型方法的示意图。
3.在这种方法中，具有天然裂缝的储层被理想化的表示为连续的裂缝网格单元14。裂缝网格单元的体积和单元间传导率的特征是代表裂缝网络。而裂缝网格单元14的内置网格体系（称为矩阵16）用于表示晶间孔（也称为储层基质）的储集特征和传导率。由于裂缝的渗透率通常比基质的渗透率大好几个数量级，因此早期的dp建模过程中将基质网格单元视为不连续的，并且将基质单元视为裂缝系统的源或汇。也就是说，对于dp模型中仅基质单元与并列的裂缝单元进行流体交换，基质单元间的流体交换被认为很小并且可以忽略不计。为了正确地描述基质与裂缝之间的流动势，通常必须对重力、毛细管力和粘性势进行详尽的处理。后来，随着计算机速度和内存的增加，衍生出了双孔双渗模型（dpdp），其中除了局部孔隙间流体交换外，还考虑了基质系统和裂缝系统内都具有流体流动。但是，往往储层孔隙度和渗透率与岩石流体特性存在很多不确定性，例如不同的润湿性、界面张力、相对渗透率、毛细管压力和多相多组分流体流动中的流体密度，因此双孔双渗模型很难解决建模过程中的数值问题。到了1990年代中期，多处理器并行计算机的高性能计算越来越多地应用于油藏模拟。到2000年代初期，已经出现了主要针对结构化网格，结构化子区域划分方案和结构化求解器的并行双孔双渗油藏模拟方法。但是就目前所知，此类方法仅限于结构化网格和结构化数据分区，因此此类方法并不是最佳的，特别是当大量裂缝单元为空单元时，其中单元孔隙度或渗透率实际上为零，而且大量的岩石物理实验研究表明，裂缝性储层的孔隙结构极其复杂，储层孔隙度呈现多峰状分布，因此在建模过程中各单元的孔隙度被赋均值的做法并不准确，也难以精准模拟地层流体流动特征。


技术实现要素：

4.本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种模拟裂缝性油藏多重嵌套介质内流体流动的方法。
5.本发明提到的一种模拟裂缝性油藏多重嵌套介质内流体流动的方法，其技术方案是：包括并行运算的处理器，用以模拟地下储层流体的多相流动；储层单元具有多个相互作用的连续介质，在其中发生多相流体流动；根据储层中并列的相互作用连续介质来对储层单元进行划分，划分好的储层单元内的介质与相邻储层单元的介质具有流体交换，将储层
网格化后对全局网格进行序号排列，并且根据并行运算的处理器的数量将全局单元域划分为多个局部并行子域；将局部单元索引分配给局部并行子域的单元以形成模拟子域，并且将用于模拟子域的单元划分为内部单元，边界单元和环形单元，子域与子域之间的毗邻关系为双层分布，并定义有效网格之间的渗透率以及网格内介质间的流体交换率，在为模拟子域内的有效网格分配局部并行子域的处理器中，同时解决了用于确定多相流体流动约束方程的全耦合问题，并对约束方程的全耦合非线性问题进行了线性化处理。
6.优选的，本发明的具体步骤包括：210：根据模型参数信息初始化模拟器，并根据单个连续介质二维展布区域将储层网格划分为n输入子区域，并建立输入子区域与全局区域网格间的网格序号对应关系；220：从并行计算处理器数据库中提取网格属性参数并分别赋值给输入子区域的网格，并以用户指定的标准识别网格有效性，消除死网格，然后利用消除网格后的网格单元列表重新将储层全局网格重新划分n个模拟子区域，在重新分区的过程中，节点上的有效连续介质网格数量将作为节点权重，并且外部边界连接的单元数量将被最小化；230：执行模拟子区域内网格重新排序以实现将要执行的线性与非线性求解器的最佳性能，并建立与储层全局网格单元序列的溯源关系，就模拟子区域对全局区域的逆过程，这对大规模油藏数值模拟具有重大意义，进一步计算各个网格的连通关系，在模拟子区域网格序列排序完成之后对之前输入的识别有效网格的参数在网格上进行重新排序赋值，并将剩余的多重嵌套介质的属性参数从并行计算服务器数据存储装置中提取出来赋值给模拟子区域的网格内；240：执行模型初始化任务，初始化模型内所有活动单元的网格压力和流体相分布，以使每个单元的流动势与其所有连接的相邻单元处于动态平衡状态；250：设置时间步长，通过自适应牛顿迭代方法确定合理的可收敛的模拟时间步长，构造多重连续介质系统的非线性离散平衡方程的雅可比矩阵和残差矢量，利用非线性残差矢量的阈值标准来确定当前步长是否可收敛；260：执行并行运算的结果写入数据存储装置，其中每个过程可以将其局部单元的变量的瞬时变化输出到存储全局单元属性参数的文件服务器；270：再次进行迭代计算，计算下一时间步长的各单元参数变量；280：达到模拟时间结束的时间后，输出变量结果并结束模拟。
7.优选的，步骤220中，从并行计算处理器数据库中提取网格属性参数，并且识别网格是否为有效网格。
8.与现有技术相比，本发明的有益效果具体如下：发明提供了使用多重嵌套介质方法进行数值模拟的有力且实用的方法。本发明的设计在油藏数值模拟的大规模并行运算应用中具有近乎理想的性能。对于具有复杂岩石类型、润湿性和复杂裂缝网络的多重连续介质储层，在评估其内部流体多相流动和流体交换过程中重力、毛细管力和粘性力之间的复杂相互作用有着重要意义。本发明的储层模拟是在完全并行的处理器且数据分配的计算配置中进行的。从小型并行实现到大规模并行实现，本发明具有可伸缩性和高效性。
附图说明
9.图1是现有技术用于模拟天然裂缝储层中的流体流动的双孔介质模型的示意图；图2是本发明用于在裂缝性储层中模拟流体多相流动和传输的可扩展并行方法和系统的数据处理步骤的流程图；图3是本发明用于模拟裂缝储层中的多相流动和传输的数据处理存储装置的示意图；图4是本发明计算机网络的服务器或计算机节点的示意图。；图5是本发明中二维网格中双孔双渗模型的示意图；图6是本发明中二维网格中三重介质模型的示意图；图7是本发明单元网格间流体流动交换示意图。
具体实施方式
10.以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
11.实施例1，本发明提到的一种模拟裂缝性油藏多重嵌套介质内流体流动的方法，其技术方案是：包括并行运算的处理器，用以模拟地下储层流体的多相流动；储层单元具有多个相互作用的连续介质，在其中发生多相流体流动；根据储层中并列的相互作用连续介质来对储层单元进行划分，划分好的储层单元内的介质与相邻储层单元的介质具有流体交换，将储层网格化后对全局网格进行序号排列，并且根据并行运算的处理器的数量将全局单元域划分为多个局部并行子域；将局部单元索引分配给局部并行子域的单元以形成模拟子域，并且将用于模拟子域的单元划分为内部单元，边界单元和环形单元，子域与子域之间的毗邻关系为双层分布，并定义有效网格之间的渗透率以及网格内介质间的流体交换率，在为模拟子域内的有效网格分配局部并行子域的处理器中，同时解决了用于确定多相流体流动约束方程的全耦合问题，并对约束方程的全耦合非线性问题进行了线性化处理。
12.优选的，本发明的具体步骤包括：210：根据模型参数信息初始化模拟器，并根据单个连续介质二维展布区域将储层网格划分为n输入子区域，并建立输入子区域与全局区域网格间的网格序号对应关系；220：从并行计算处理器数据库中提取网格属性参数并分别赋值给输入子区域的网格，并以用户指定的标准识别网格有效性，消除死网格，然后利用消除网格后的网格单元列表重新将储层全局网格重新划分n个模拟子区域，在重新分区的过程中，节点上的有效连续介质网格数量将作为节点权重，并且外部边界连接的单元数量将被最小化；230：执行模拟子区域内网格重新排序以实现将要执行的线性与非线性求解器的最佳性能，并建立与储层全局网格单元序列的溯源关系，就模拟子区域对全局区域的逆过程，这对大规模油藏数值模拟具有重大意义，进一步计算各个网格的连通关系，在模拟子区域网格序列排序完成之后对之前输入的识别有效网格的参数在网格上进行重新排序赋值，并将剩余的多重嵌套介质的属性参数从并行计算服务器数据存储装置中提取出来赋值给模拟子区域的网格内；240：执行模型初始化任务，初始化模型内所有活动单元的网格压力和流体相分布，以使每个单元的流动势与其所有连接的相邻单元处于动态平衡状态；
250：设置时间步长，通过自适应牛顿迭代方法确定合理的可收敛的模拟时间步长，构造多重连续介质系统的非线性离散平衡方程的雅可比矩阵和残差矢量，利用非线性残差矢量的阈值标准来确定当前步长是否可收敛；260：执行并行运算的结果写入数据存储装置，其中每个过程可以将其局部单元的变量的瞬时变化输出到存储全局单元属性参数的文件服务器；270：再次进行迭代计算，计算下一时间步长的各单元参数变量；280：达到模拟时间结束的时间后，输出变量结果并结束模拟。
13.优选的，步骤220中，从并行计算处理器数据库中提取网格属性参数，并且识别网格是否为有效网格。
14.参照图3，本发明提到的模拟裂缝性油藏多重嵌套介质内流体流动的装置，其技术方案是：包括多个计算机节点（301），其运行过程中的数据（303）由一个或多个路由器服务器（302）并行地提供，原始模拟或输入数据存储在适当数量的数据存储服务器（304）中，路由器的服务器（302）在计算机的代码（305）的控制下，并行地从存储服务器（304）传送输入模拟数据（306）；所述的程序代码（305）采用非暂时性计算机可操作指令的形式，控制路由路由器服务器（302）检索，排序和传输数据；数据处理存储装置（304）包括一组合适的常规类型的工作站（307），这些工作站通过网络（308）连接。
15.参照图4，本发明提到的计算机节点（301）包括多个处理器或核心（401），在存储于计算机节点的存储器（402）中的计算机代码或程序（403）的指令下，进行并行运算的工作；程序代码（403）是非暂时性计算机可操作指令，该指令控制计算处理器（401）模拟流体在裂缝性储层中的流动。
16.优选的，模拟需要多个并列的裂缝网格，多个并列的裂缝网格中的每一个都具有与其相关流动特征以及内部流体交换，精确模拟复杂多尺度裂缝中流体的多相流动；通过对多重嵌套介质系统的非线性控制方程使用有限体积离散化，可以将有限体积内的孔隙划分为m个孔隙，每个孔隙可代表基质孔隙类型或裂缝类型，它是一个并列的相互作用的连续介质系统，每个连续介质代表有限体积内孔隙空间的划分。
17.参照图5，本发明采用的双孔双渗模型，包括两个并列的第一有限体积网格（501）和第二有限体积网格（502）、中心单元（503）、裂缝—裂缝流动交换（504）、基质—裂缝交换（505）、基质—基质间的流体交换（506），两个并列的第一有限体积网格（501）和第二有限体积网格（502）之间设有裂缝—裂缝流动交换（504）、基质—裂缝交换（505）、基质—基质间的流体交换（506），在中心设有中心单元（503）。
18.如果观察到储层基质的孔隙率是双重的，并且微孔基质i的渗透率比大孔基质m的渗透率小好几个数量级，则存在三个并列的连续介质系统。因此，在五点有限体积离散化中使用了三个并列的有限体积网格。
19.如图6所示，采用二维网格中三重介质模型，包括大孔基质（m）、微孔基质（m）、裂缝介质（l）、中心单元（601）、裂缝—裂缝之间的流体交换（602）、裂缝—裂缝之间的流体交换（603）、大孔基质m之间的流体交换（604）、微孔基质m和大孔基质m之间的交换（605）、微孔基质m和裂缝之间的交换（606），所述大孔基质（m）、微孔基质（m）之间设有微孔基质m和大孔基质m之间的交换（605），微孔基质（m）与裂缝介质（l）之间设有微孔基质m和裂缝之间的交换（606），在微孔基质（m）与大孔基质（m）之间设有微孔基质m和大孔基质m之间的交换（605）。
20.本发明的并行运算对每个连续介质内的流动项和连续介质单元之间的流体流动的变化非常敏感。通过多相多组分流体流动的质量，动量和能量守恒方程建立渗流数学模型，利用广义牛顿法非线性离散偏微分方程组，形成了一个代数方程组，其形式为：其中是模型非线性离散数学模型的雅各比矩阵，是模型未知参数的向量，是系统残差的向量。矩阵a是非结构化的，但是系统排序为多重嵌套介质模型安排了非零的位置，因此可以有利地利用求解器方法以可扩展的方式求解模型，并且可以扩展到大规模并行应用。
21.如图7所示，该示例示出了多重连续介质系统的四个网格位置的列的图案。在图7右侧视图中，最上面的位置701具有三个分区（m，m，f），位置702具有两个孔分区（m，m），位置703具有三个孔隙度分区（m，m，f），位置704具有两个分区（m，f）。图7左侧视图示意四个网格位置的单元内孔间的连通性和单元之间垂直方向内的连通性。通过对之前构建的离散偏微分方程得到的雅各比矩阵求解过程，最终并行的计算出模型的求解结果。
22.以上所述，仅是本发明的部分较佳实施例，任何熟悉本领域的技术人员均可能利用上述阐述的技术方案加以修改或将其修改为等同的技术方案。因此，依据本发明的技术方案所进行的相应简单修改或等同变换，尽属于本发明要求保护的范围。