油藏数值模拟有限元并行化求解策略

油藏数值模拟采用有限单元法能有效地提高计算精度,但有限单元法在油藏数值模拟时计算量大、计算耗时较长。采用并行化求解的算法能进一步提高计算效率。本文通过构建理想化油藏有限元数值模型,设计了一种适用于油藏数值模拟的有限元并行化求解策略,并通过实例进行检验,证明该策略具备良好的并行效率,有效提高了油藏数值模拟的计算速度。     

缝洞型碳酸盐岩油藏三维三相数值模拟新方法

针对缝洞型碳酸盐岩油藏的储层空间特征,提出新的数值模拟方法,溶穴、裂缝、孔洞分别建立各自的离散空间,离散空间之间由流动方程控制流量,扩展了多重介质的理论模型。数值计算上用基于控制体积分的有限差分方法来离散处理,各种介质的非线性方程组通过牛顿拉夫松方法全隐式求解。计算结果与解析解对比,验证了其正确性。该模型更加适用于缝洞型油藏的数值模拟研究。     

PEBI网格二维两相流数值模拟

油藏数值模拟中广泛采用的笛卡尔网格在描述地质条件复杂的油藏时存在很大的局限,并且笛卡尔网格有限差分法数值模拟存在严重的网格取向效应。文中采用PEBI网格,吸取了有限元方法的优点,可以逼近任意油藏形状,便于局部加密和应用窗口技术,可以减小网格取向效应;同时吸取有限差分的正交性特点,便于计算机实现。文中给出了控制体有限元方法的差分方程,提出一种三角形划分和PEBI网格自动生成的方法,设计两个模型进行了二维单相流、二维油水两相流数值模拟。计算结果表明,PEBI网格模拟近井问题用较少的网格取得了较高的精度,与解析解吻合较好;在油水流度比较大的情况下,PEBI网格的取向效应比有限差分五点格式明显小。     

PEBI网格二维两相流数值模拟

油藏数值模拟中广泛采用的笛卡尔网格在描述地质条件复杂的油藏时存在很大的局限,并且笛卡尔网格有限差分法数值模拟存在严重的网格取向效应.文中采用PEBI网格,吸取了有限元方法的优点,可以逼近任意油藏形状,便于局部加密和应用窗口技术,可以减小网格取向效应;同时吸取有限差分的正交性特点,便于计算机实现.文中给出了控制体有限元方法的差分方程,提出一种三角形划分和PEBI网格自动生成的方法,设计两个模型进行了二维单相流、二维油水两相流数值模拟.计算结果表明,PEBI网格模拟近井问题用较少的网格取得了较高的精度,与解析解吻合较好;在油水流度比较大的情况下,PEBI网格的取向效应比有限差分五点格式明显小.     

非结构网格油藏数值模拟方法研究

根据所建立的单个控制体离散形式的物质平衡方程,基于PEBI和CVFE网格,采用任意形式的渗透率张量,建立了相应的数值算法。PEBI网格是一种局部正交网格,其离散形式与有限差分方法相似,流动系数的取值原则和界面渗透率的取法均与有限差分相同。CVFE网格是非正交网格,本文混合运用有限差分和有限元方法计算折算压力梯度,得到与有限差分和PEBI网格不同的离散形式,提出了根据流量符号判定上游的方法,使模型更为合理。模型计算表明,对于形式简单的对角渗透率张量,本文方法可以与九点差分格式相比,精度是可靠的,并且该方法还能模拟完全各向异性渗透率张量,对于精细油藏数值模拟,其应用范围将更为广泛。     

基于有限体积法的感应测井响应快速模拟

感应测井是定量评价砂泥岩储层含油气性的主要测井方法之一,开展快速而准确的感应测井响应数值模拟对资料采集和地层解释都有着重要的作用。为了克服有限元及有限差分等数值模拟方法的不足,首次引入有限体积法(FVM)计算感应测井在地层中的响应。有限体积法的核心思想简单,容易实现非结构网格剖分的计算,能更好地拟合不规则的地层形状,从而达到较好的模拟精度。首先详细论述了有限体积法的基本思想;然后给出了有限体积法在感应测井数值模拟中的具体实施办法;最后通过编制的计算程序对两个实际的地层模型进行了计算,均取得了比较理想的模拟结果。     

裂缝性油藏离散裂缝网络随机生成及数值模拟

裂缝性油藏裂缝表征及数值模拟是当前油田开发领域研究的难点和热点.为了克服连续性介质模型在裂缝描述和计算效率上的缺点,采用随机生成的离散裂缝网络进行裂缝性油藏数值模拟.首先应用地质统计学方法随机生成与实际裂缝在统计意义上等效的裂缝网络,并对其简化物理模型进行几何离散;然后通过计算不同维数控制体单元之间的传导系数,建立基于控制体积有限差分方法的油-水两相流动的数值计算格式;最后通过算例验证了该方法理论与算法的正确性.该方法对裂缝进行显式地降维处理,提高了网格生成效率,缩短了计算时间.     

西58-8断块边水油藏天然能量评价及开发方式

根据大港油田西58-8小断块边水油藏地质及生产特征,采用油藏工程以及数值模拟两种方法,计算了水体体积,并对该区的开发方式进行了优化论证。在油藏工程计算水体体积中,应用了补加虚拟含油区域,建立了半圆形非定态水侵模型,利用物质平衡方程,计算结果与油藏数值模拟计算结果一致。     

井筒与油藏耦合数值模拟技术现状与发展趋势

从井流量方程、井筒内热多相管流计算、多段井模型和近井区域加密的扩展井模型等4个方面总结了井筒与油藏耦合数值模拟技术的研究进展,指出目前存在的主要问题包括:复杂结构井流量方程中参数取值误差很大,不能提供准确的源汇项;高含水阶段井筒内多相管流非常复杂,常用的计算流体力学模型误差很大;非等温井筒内流固耦合模拟机理认识不清楚,数值计算时间长;模拟多层合采时未考虑纵向非均质性,薄差油层的动用情况与实际不符。提出了基于多相管流计算的多段井模型与油藏耦合的数值模拟技术、扩展井模型与油藏耦合的数值模拟技术、考虑井筒出砂和结蜡等复杂现象的流固耦合数值模拟技术是未来的发展趋势。     

缝洞型碳酸盐岩油藏数值模拟新方法

缝洞型碳酸盐岩油藏与砂岩油藏不同,流体流动的介质由不同尺度的孔、缝、洞组成,用常用的达西流油藏数值模拟技术难以合理描述地下油水动力学特征.结合缝洞型油藏特征,提出了应用流动力学(N-S方程)与渗流力学(Darcy方程)耦合计算的两相流油藏数值模拟方法,洞穴、裂缝内流体流动应用N-S方程计算,溶蚀孔洞及微裂缝的组合体应用多孔介质Darcy方程计算,介质边界处理方法是根据方法边界的对称性质,提出了力学及流量平衡关系方程,模型计算结果通过实验对比得到验证.     

自适应有限元海洋大地电磁场二维正演模拟

自适应有限元海洋大地电磁场二维正演算法是在完全非结构三角单元网格上实现的,这种网格能够真实地拟合地形起伏、倾斜界面等复杂地质构造,并且该方法能够自动细化网格并在不显著增加计算时间的条件下提供可靠的计算结果。通过模拟二维地电模型大地电磁场响应,并与规则矩形网格有限元数值解进行比较,验证了算法和程序的正确性和精度。最后,计算了两个海底起伏地形模型的大地电磁场响应,且与陆地模型的大地电磁场进行对比,讨论了海底地形起伏对海洋大地电磁场响应的影响。     

Application of control volume based finite element method for solving the black-oil fluid equations

This is the second paper of a series where we introduce a control volume based finite element method （CVFEM） to simulate multiphase flow in porous media. This is a fully conservative method able to deal with unstructured grids which can be used for representing any complexity of reservoir geometry and its geological objects in an accurate and efficient manner. In order to deal with the inherent heterogeneity of the reservoirs, all operations related to discretization are performed at the element level in a manner similar to classical finite element method （FEM）. Moreover, the proposed method can effectively reduce the so-called grid orientation effects. In the first paper of this series, we presented this method and its application for incompressible and immiscible two-phase flow simulation in homogeneous and heterogeneous porous media. In this paper, we evaluate the capability of the method in the solution of highly nonlinear and coupled partial differential equations by simulating hydrocarbon reservoirs using the black-oil model. Furthermore, the effect of grid orientation is investigated by simulating a benchmark waterflooding problem. The numerical results show that the formulation presented here is efficient and accurate for solving the bubble point and three-phase coning problems.     

一种基于ANSYS 和 FLUENT 的海洋立管的涡激响应分析方法

目前提出了一种包括CFD流场分析和结构有限元分析的迭代方法用于模拟海洋立管的涡激振动。在迭代过程中,依次对流场和立管进行分析。在分析过程中把直接导致涡激振动的水动力载荷由流场传递到立管,该水动力载荷包括周期性的升力和阻力。然后把立管的振动定义为一个函数,用来描述下一步计算中流场中立管边界的运动。计算过程中,采用FLU-ENT(6.1.22版本)分析流场和ANSYS(8.1版本)计算立管的涡激响应。     

杆式泵泵筒内流体流动规律的数值模拟

针对杆式泵泵简内的流体流动问题,采用湍流模型的K-ε两方程模型和有限元方法,对在一个抽油循环中阀与活塞在几个特定的位置的流体流动进行了建模与计算,具体分析了处于阀道内和同心环状空间中的原油在上下冲程的运动规律。通过计算知,泵筒内流体的最大速度与入口端的初始流连基本满足线性关系,而最大流压与入口端的初始流速不满足线性关系,直径大的泵,其流压整体上要比直径小的泵要小,分析结果可为杆式泵的内部结构设计和几何参数的确定提供一定的参考依据。     

页岩气藏体积压裂水平井产能有限元数值模拟

考虑到压裂过程中的多重复合作用,将压后页岩储层分为支撑主裂缝、缝网波及区与未压裂区。考虑基岩纳米孔隙中气体吸附与解吸、Knudsen扩散、滑脱流、黏性流,以及水压诱导裂缝应力敏感效应,建立了页岩气藏体积压裂生产动态模拟的物理模型和渗流数学模型。结合Galerkin有限元方法,对基质和裂缝渗流方程进行空间上的离散,推导了三角形单元有限元数值模型,给出了压裂水平井二维渗流场内、外边界条件和水力裂缝处理方法,对时间域采用向后差分,最后顺序求解裂缝和基质压力方程,模拟了页岩气藏体积压裂水平井生产动态和压力场分布。该研究为页岩气储层体积压裂产能评价提供了理论模型,对于有限元法模拟双重介质渗流场和产能预测具有现实意义。     

A control volume based finite element method for simulating incompressible two-phase flow in heterogeneous porous media and its application to reservoir engineering

Applying the standard Galerkin finite element method for solving flow problems in porous media encounters some difficulties such as numerical oscillation at the shock front and discontinuity of the velocity field on element faces.Discontinuity of velocity field leads this method not to conserve mass locally.Moreover,the accuracy and stability of a solution is highly affected by a non-conservative method.In this paper,a three dimensional control volume finite element method is developed for twophase fluid flow simulation which overcomes the deficiency of the standard finite element method,and attains high-orders of accuracy at a reasonable computational cost.Moreover,this method is capable of handling heterogeneity in a very rational way.A fully implicit scheme is applied to temporal discretization of the governing equations to achieve an unconditionally stable solution.The accuracy and efficiency of the method are verified by simulating some waterflooding experiments.Some representative examples are presented to illustrate the capability of the method to simulate two-phase fluid flow in heterogeneous porous media.     

非均质油藏多尺度混合有限元数值模拟方法

采用多尺度混合有限元方法研究了强非均质油藏中的油水两相渗流问题。与传统有限单元法相比,多尺度有限单元法的基函数具有能反映单元内参数变化的优点,因此这种方法能在大尺度上捕捉解的小尺度特征从而获得较精确的解。笔者阐述了多尺度混合有限元方法的基本原理,推导得到了油水两相渗流问题的多尺度混合有限元计算格式。数值计算结果表明,相对于传统的网格粗化技术,多尺度混合有限元能够捕捉小尺度上的非均质特征而具有更高的计算精度;而相对于普通混合有限元方法,多尺度混合有限元方法在保证计算精度的同时能够减少计算量。     

雷达天线结构静力分析

采用有限元方法,对雷达天线结构的应力、变形进行了计算分析.充分考虑天线安装、使用中的实际情况,兼顾杆件受力、变形情况和总体尺寸、重量等因素,既要保证结构的合理性又要保证天线承受的应力、应变最小,建立了有限元模型并进行了计算,为雷达天线的改进设计提供了依据.     

X80钢CTOD有限元计算及断裂韧度评估

针对钢结构在外力作用下由于自身材料断裂韧度不足引起的断裂事故,按照Wells提出的CTOD断裂判据,建立X80钢薄板在受外载作用下的力学模型,并对其断裂韧度的安全性进行了评估。在裂纹体受载后,对原裂纹尖端垂直于裂纹方向的裂纹尖端张开位移δ进行了有限元计算,提出了K-δ方法、COD-δ方法和J-δ方法等有限元计算方法,且与断裂力学理论计算的δ结果误差极小。同时对X80钢断裂韧度按照BS 7448规范进行了测试,裂纹尖端张开位移的有限元计算方法和断裂韧度测试结果可供企业和科研院所参考。     

接触式激发极化法油气储层压裂监测有限元模拟

可通过天然或人工露头接入电流的勘探目标体是地球物理勘探领域重要的研究对象，其在矿产、油气、水文工程及环境地球物理领域较常见。如何高效、高精度地模拟接入电流目标体响应的空间分布，是一项极具挑战的任务。为此，基于油气储层压裂监测问题，提出接触式激发极化法三维有限元数值模拟技术。接触式激发极化法采用接触式供电、地面测量的观测系统，直接供电可有效提高观测信号的强度和精度。采用交错网格四面体剖分，计算离散网格单位场源电流分布，实现了接触式场源的三维有限单元法电磁场数值模拟。定义了比值法计算接触式激发极化法视电阻率计算公式。设计不同方法场源、物理模拟土槽试验及沁水盆地煤层气压裂监测模型，对数值模拟结果与传统激发极化法观测数据进行对比分析，验证了接触式激发极化法应用于油气层压裂监测领域的可行性及有效性。