油藏模拟的新方法——改进的快速自适应组合网格

改进的快速自适应组合网格方法（ＦｌｅｘｉｂｌｅＦａｓｔＡｄａｐｔｉｖｅＣｏｍｐｏｓｉｔｅＧｒｉｄ简称ＦＦＡＣ方法）实质上是利用了多重网格方法原理,用非正常连接法进行处理的区域分解方法。首先ＦＦＡＣ方法由于其网格的加密是在每个网格块内剖分产生的,应用非正常连接的技术来处理相邻网格步长不一致的问题,克服了ＦＡＣ各子域之间不能相互接触的难题。从而也就可以比较容易地对各种驱替前缘用动态加密网格方式进行模拟。其次,ＦＦＡＣ方法则能够根据实际情况而灵活地采用迭代法和直接解法。第三,ＦＡＣ各加密网格层和未加密的网格层是重叠的,这样就增加了网格总数,运行时需要更多的内存。ＦＦＡＣ则用嵌套的方法来处理,可以大大节约内存。第四,ＦＦＡＣ方法中各级网格之间边界值的转换通过在组合网格上求余量来实现而取代了ＦＡＣ方法利用多重网格方法中插值、限制转移的方式,避免了插值、限制转移公式不易确定的难题,大大简化了计算过程。ＦＦＡＣ方法克服了ＦＡＣ方法的不足之处,使得它的实用性更为广泛。这种算法也可用于并行计算。文中阐述了ＦＦＡＣ法的原理和方法,并提供了算例。     

热采数值模拟的快速自适应组合网格方法

本文用快速自适应组合网格方法(FAC)和逐次收据方法分别计算了一个三维、三相、二组分的热采数值模拟.计算结果表明,FAC方法和逐次收缩方法的结果接近全局加密网格上的结果(其中FAC的结果更为理想),而CPU时间仅分别为后者的22.35%和10.8%.     

窗口技术在油藏数值模拟中的应用

将快速自适应组合网格方法(Fast Adaptive Composite Grid，简称FAC方法)用于油藏数值模拟局部网格加密技术中。局部加密区域可以像窗口一样，随实际问题需要灵活地开启和关闭，或改变大小，无需在整个模拟阶段都采用局部加密网格。在实用全隐油藏数值模拟器MURS上实现了窗口技术。数值实验表明，采用窗口技术的模拟结果与全细网格计算的结果非常接近，并且比整个模拟阶段都进行局部网格加密节约8%的CPU时间，比全细网格节约37％的CPU时间。表明窗口技术切实可行。图4表2参7     

化学驱驱替前缘动态追踪数值模拟研究

将快速自适应组合网格方法用于化学驱动态局部网格加密研究,并在国产化学驱软件ASP上实现了动态局部网格加密,局部加密区域可以随驱替前缘的移动而改变.所研制的动态局部网格加密的模拟结果与全细网格计算的结果非常接近,而CPU时间比整个模拟区域都采用细网格减少一半以上.进行化学驱数值模拟实验,给出了用3种网格系统(粗网格、全细网格以及组合网格)模拟得到的生产井含水率、井网格含油饱和度对比曲线以及含油饱和度的平面等值图.数值模拟实验结果还表明,化学驱对网格大小很敏感,采用细网格或动态局部网格加密是必要的.图7表1参7     

一个可靠的水平井混合网格模型

矩形局部网格加密方法,由于在模拟区域的任何地方均使用相同的坐标体系,因而反映井眼周围的径向流动特征不精细,同时细分网格后造成节点数增大,也限制了模拟的规模和精度.为此,本文采用了一种环绕井眼的混合网格加密方法来模拟水平井井区内的流体流动,即在水平井眼附近采用柱坐标网格,而在远离井眼的模拟区域采用直角坐标网格,从而在模拟上实现了多种坐标体系的结合,既能够较为准确地反映井眼周围流体流动特征,又能大大地减小网格数目、克服常规矩形网格在模拟过程中的不足.文中推导了混合网格的差分,介绍了网格划分及网格的排序,并将这种技术应用于三维三相水平井的模拟程序中,取得了良好的效果.     

波动方程变网格步长有限差分数值模拟

有限差分算法是常用的正演模拟方法之一，传统的有限差分方法在处理近地表低速层模型或地层中夹有低速、高速层模型时，为了得到较高精度的模拟结果，通常需要减小网格步长，这样既增加了计算时间，又浪费了计算机内存资源。为此，采用具有较好性能的变网格算法来解决这一问题。设计了近地表低速层和地层中夹有低速层两种模型，分别采用传统常网格有限差分算法（大网格步长和小网格步长）和变网格步长有限差分算法对模型进行了数值模拟，并对比了模拟结果。变网格步长有限差分算法不仅提高了模拟结果的分辨率，而且降低了内存需求量，减少了计算时间。此外，变网格算法具有较高的灵活性，可以根据实际情况，综合考虑计算时间、内存需求量和模拟结果的分辨率来优选网格步长。     

化学驱驱替前缘动态追踪数值模拟研究

将快速自适应组合网格方法用于化学驱动态局部网格加密研究,并在国产化学驱软件ASP上实现了动态局部网格加密,局部加密区域可以随驱替前缘的移动而改变。所研制的动态局部网格加密的模拟结果与全细网格计算的结果非常接近,而CPU时间比整个模拟区域都采用细网格减少一半以上。进行化学驱数值模拟实验,给出了用3种网格系统(粗网格、全细网格以及组合网格)模拟得到的生产井含水率、井网格含油饱和度对比曲线以及含油饱和度的平面等值图。数值模拟实验结果还表明,化学驱对网格大小很敏感,采用细网格或动态局部网格加密是必要的。图7表1参7     

基于非结构外推多重网格法的带地形二维大地电磁各向异性有限元正演

基于非结构化网格的大地电磁各向异性有限元正演模拟若采用经典迭代法,收敛速度慢,不适用于复杂地电模型的正演计算。多重网格法作为经典迭代法的改进算法,是求解椭圆方程离散线性系统的一种有效算法。然而,经典多重网格法依赖于嵌套的正交网格,无法直接应用于非结构化网格问题的求解。笔者提出一种基于半结构化网格,即通过对一个初始的非结构网格进行逐层二分加密,并利用外推瀑布式多重网格算法(EXCMG)快速求解各向异性介质中二维大地电磁有限元正演大规模复线性系统。EXCMG算法运用三角形网格上的外推和高次插值技术,构造新的多网格延拓算子,通过两层粗网格上的数值解构造下层密网上有限元解的高阶逼近,作为多网格磨光算子BiCGStab的迭代初值,加速迭代收敛。对国际标准测试模型(COMMEMI-2D1和COMMEMI-2D4)运用该方法进行测试,得到的视电阻率和相位相对误差均在1%以内,求解时间较BiCGStab、聚合型代数多网格法(AGMG)大幅缩短。EXCMG算法具有较好的拓展性和适应性,可处理复杂地电模型、任意起伏地形和各向异性问题。     

常用油藏模拟软件中局部网格加密和自适应隐式方法的向量化和并行处理

利用较少的计算机内存进行少量计算，局部网格加密和自适应隐式方法就能有效地达到与全加密、全隐式方法类似的精度。这些方法较少用于向量处理，因为它们不易象后者一样向量化。本文讨论建立常用油藏模拟软件中局部网格加密和自适应隐式方法向量化的并行处理算法。自适应隐式方法被认为属于混合隐式的多层局部网格加密的动态模型。这种算法在扩大的第12届SPE比较求解问题中得到了检验。结果表明由于向量化，速度提高5倍。与全隐式、全加密模型比较，局部网络模型需要的计算机内存少于63％，计算时间不到42％，而精度没有明显降低。     

用嵌套网格流线模拟法快速预测生产动态

精细的油藏模型通常包含几万到几百个网格块，由于求解细网格压力所需要的时间和内存过大，这些模型一般不能直接用于油藏模拟，在此提出一种嵌套网格技术来求压力场的近似解：将求解域剖分为一系列的粗网格（每个网格又包含许多细网格），求出每个粗网格的有效流度（比）和压力，再根据网粗网格压力解得到的定流量边界条件求每个粗网格的内部压力场，。用这种方法可得到细网格块连续的近似的速度场。该方法与多重网格法求解压力的第     

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快速自适应组合网格方法（简称ＦＡＣ）是近年崛起的解大型计算问题的新技术。局部网加密方法也是当今油气藏数值模拟的一项新技术，既能节约计算量与存贮量，又能提高模拟精度。但是由局部网生成的矩阵丧失对角占优性和带形规律，计算颇为困难。本文介绍的ＦＡＣ是８０年代计算数学新成果，通过全局粗网格解与局部细网格解之间交替迭代，最终得到局部加密网的解。计算实例表明，在气藏模拟中使用ＦＡＣ算法可以提高模拟精度，降低计算成本，而且编程简单，具有自适应功能。     

两类地质模型的网格系统构建与模型转换

不同的网格系统对储层静态模型的属性插值和数值模拟结果均有明显的影响,而通常的地质建模仅从单一方面来考虑模型网格系统,因此提出了分别进行油藏静态描述地质模型和油藏数值模拟地质模型网格系统设计的新思路,并利用网格重采样技术实现两类模型的协调统一。根据储层属性演化的主控因素,生成能反映储层空间分布及参数演化规律的网格系统,用于储层静态模型参数的插值;根据油藏开发生产实际与油藏流体流动主流线方向,构建用于油藏数值模拟所用的地质模型;利用网格重采样技术,实现由静态地质模型属性参数场到油藏数值模拟地质模型属性参数场的转换,使油藏数值模拟地质模型既能充分反映储集体的地质意义,又能更好地反映油藏流体的流动特征。     

水平井热采油藏数值模型

建立了一个可用于水平井计蒸汽开采的三维三相多组份热采及化学添加剂油藏数值模型.它将水平井筒流动方程进行了水动力学处理,考虑了层流与紊流两种情况,并将全隐式井筒方程与油藏方程相联立,采用自适应隐式格式及先进的数值解法求解.网格系统可以是直角座标、径向座标,也可以采用局部加密网格及混合杂交网格.运用该软件,对辽河油田冷家特稠油油藏采用水平井热采进行了模拟计算.     

角点网格传导系数计算

油藏数值模拟在油藏开发和提高原油采收率方面具有重要的指导意义,传导系数的计算是油藏数值模型中的重要部分,在很大程度上决定了数值模型模拟的准确性。文中在实际地层结构的基础上,考虑了角点网格的复杂性以及相邻网格间交接面的不规则性等因素,建立了角点网格间传导系数的数值计算模型。该方法克服了块中心网格不能很好地描述复杂裂缝形状和流体流动状态等不足,充分体现了相邻网格间不同形状交接面对传导系数的影响。最后,按照该方法,针对1个有代表性的油藏实例(包括带有断层、尖灭等复杂情况),计算出相应角点网格的传导系数,并与通用商业软件Eclipse的计算结果进行对比,二者较为接近。     

复杂裂缝网络页岩气藏自适应网格剖分方法

网格是油气藏数值模拟的基础,传统网格剖分方法制约着复杂裂缝网络页岩气藏数值模拟技术的发展,研究裂缝性介质高效网格剖分方法具有重要意义。笔者以裂缝节点为基础,基于图像像素点原理、距离最近原则和对数加密方法,提出了一种网格数量少、计算精度高、可以处理任意复杂裂缝网络分布的自适应网格剖分方法(AMM)。研究结果表明,AMM中裂缝网格控制面积比NFFLOW中的控制面积更接近实际情况;AMM可以处理任意复杂裂缝网络和复杂边界条件模型;相比已有网格剖分方法,AMM可大幅度降低计算网格数量。在用于页岩气藏数值模拟时,AMM可以同时解决由复杂裂缝引起计算网格多、精度低等问题,为实现矿场尺度页岩气藏数值模拟奠定基础。