计算流体力学与油藏数值模拟技术的联系与区别

Qg
t
RS So Bo
Sg Bg
多孔介质引起的问题和技术
1. 非均质和各向异性的多孔介质引起 的传导率计算问题
2. 累计项中有多个变量与时间和压力 有关的问题
多相流引起的问题和技术
1. 多相求解方程 大小是单相的3倍 2. 方程中有多个求解变量，且方程
的系数是多个求解变量的函数， 所以需要对问题解耦合，进行线 性化 3. 过泡点问题 4. 三相相渗计算 5. 网格间流度的取值方法（上游权 法）
工开程采研 过究程
压力、流速 （饱和度）分 布、井流量
程序化
数值 模拟器
商业化
模拟器 应用
求解
单相/多相 渗流公式
线性代数方程 组
离散化
非线性偏微
线性偏微分方
分方程组 线性化
程组
油藏数模与计算流体力学的共同点介绍
三、都需要网格剖分技术
径 向 坐 标
基 本 网 格 系 统笛
块 中 心 网 格
网 格
卡
简化抽象
油藏数模与计算流体力学的不同点分析
二、所要求解的主方程差别较大
计算流体力学主方程——粘性可压缩流体
D Dt
u x
v y
w z
0
u t
u
u x
v
u y
w
u z
Fbx
1
p x
2u x2
2u y 2
2u z 2
求解变量为压力P和速度u、v、w。
v t
u
v x
v
v y
w
v z
Fby
1
p y
2v x2
2v y 2
2v z 2
w t
u
w x
v
w y
w
w z
Fbz
1
p x
2w x2
2w y 2
2w z 2
油藏数值模拟主方程——三维三相黑油油藏
不同的主方程造成在求解过程中的 线性化、离散化方法不同。
求解变量为压力P和饱和度Sw、Sg。
x
k x kro Bo o
x
( po
1. 迎风格式 2. Lax-Friedrichs格式 3. Lax-Wendroff格式 4. 蛙跳格式
5. ……
椭圆型方程的离散化方法
1. 五点差分格式 2. 九点差分格式 3. 有限体积法
4. ……
油藏数模与计算流体力学的不同点分析
一、所研究对象特征不同
流体力学中的流体流动往往是连续 的，而油藏数值模拟中的流体是被 多孔介质复杂的孔隙结构分割开的 流动。
渗流力学适用范围
多孔介质的固体边界 复杂多变，在研究宏 观流动时，没有必要 对多孔介质的每个通 道都详细描述，所以 对于多孔介质人们采 用基于统计学原理的 渗流力学来研究。
流体力学适用范围
流体力学需要明确完整的边界 条件。在日常工程领域应用广 泛，包括航空（飞机飞行）、 航天（火箭飞行）、大气、海 洋、水利、管道流动等领域。 如果将它应用于多孔介质流动 研究中，则只能刻画多孔介质 只有几个简单通道的情况，即 只适用于微观机理研究，而不 适用于多孔介质的宏观流动研 究。
油藏数值模拟和计算流体力学所用的基本方法相同，所以都需要对所研究对 象进行网格剖分，对所研究问题进行离散化。 此外，对于常规世界的所有物理现象，都需要满足物质守恒定律。但对于不 同问题，物质守恒定律的表现形式不一样。
油藏数模与计算流体力学的共同点介绍
二、研究过程基本相似
建立数学模型
建立数值模型
建立计算机模型 油藏模拟应用
1. 向前差分格式——油藏数模书中 的显式格式
2. 向后差分格式——油藏数模书中 的隐式格式
3. 加权隐式格式 4. 三层显式格式 5. 三层隐式格式 6. 跳点格式 7. Keller盒式格式 8. 交替方向隐式格式 9. 局部一维格式 10. 预测-校正格式 11. 有限体积法
12. ……
双曲型方程的离散化方法
…
混合网格系统
开窗技术
动态网格系统
局部网格加密技术
油藏数模与计算流体力学的共同点介绍
四、都需要方程离散化技术
为了更精确和准确地对方程进行离散近似，针对不同类型方程人们发展了不同精度和 收敛性的离散化方法，油藏数模中IMPES方法的压力方程是抛物型方程，饱和度方 程是双曲型方程。
抛物型方程的离散化方法
t
Sw Bw
x
k x krg Bg g
x ( pg
g
gD)
y
k ykrg Bg g
y ( pg
g gD)
z
k z krg Bg g
z ( pg
g gD)
x
Rs k x kro Bo o
x ( po
o gD)
y
Rsk ykro
Bo o
y
油藏特有特点引起的
问题和技术
1. 井流量在网格和多相之间 的分配问题
2. 井的生产逻辑控制问题 3. 水体的模拟技术 4. 断层的自动识别和模拟技
术
油藏数模与计算流体力学的不同点分析
三、由于油藏的特殊性，需要一些特殊处理技术
k krg Bg g
( po
o gD)
Baidu Nhomakorabea
z
Rs k z kro Bo o
z
( po
o gD) Qg
t
Sg Bg
t
Rs So Bo
油藏数模与计算流体力学的不同点分析
三、由于油藏的特殊性，需要一些特殊处理技术
k krg Bg g
(
pg
g gD)
RS k kro Bo o
(
po
o gD)
o gD)
y
kykro
Bo
o
y
( po
o gD)
z
k z kro Bo o
z
( po
o gD)
Qo
t
So Bo
x
k x krw Bww
x
( pw
wgD)
y
kykrw
Bw
w
y
( pw
wgD)
z
k z krw Bww
z
( pw
wgD) Qw
线
尔角
角
坐点
点
标网
格
纯
角
非
点
结
构
网
格
油藏数模与计算流体力学的共同点介绍
三、都需要网格剖分技术
其他复杂网格系统
PEBI网格（又叫垂直平分网格Perpendicular Bisectors):各三角形边的垂直平分线构成网格 边界
非结构网格
CVFE网格--控制体有限元网格(Control volume finite element):各三角形边的中点与 重心的连线构成网格边界
计算流体力学与 数模技术的异同
报告人：霍凌婧 软件研发部 奥伯特石油技术公司
Petroleum Engineering Office
报告目录
油藏数模与计算流体力学的共同点介绍 油藏数模与计算流体力学的不同点分析
油藏数模与计算流体力学的共同点介绍
一、所采用的工具和基本方法相同
油藏数值模拟和计算流体力学都是通过计算机利用数值计算方法研究油气藏 或流体，它们所用的工具和方法一样。