[发明专利]按比例增大非结构化栅格(GRID)的渗透率的方法

说明书

技术领域

本发明涉及模拟多孔介质中的流体流动，更具体地说，涉及基于流动的，把与代表多孔介质的细格(fine-grid)系统相关的渗透率按比例增大为与同样代表多孔介质的粗格(coarse-grid)系统相关的渗透率的方法。

背景技术

在工业领域中，通过利用计算机，数值模拟被广泛用作物质系统的模拟方法。在大多数情况下，需要模拟物质系统中发生的迁移过程。迁移的通常是质量、能量、动量或它们的某些组合。通过利用数值模拟，能够在不进行实际的实验室实验或现场测试的情况下，再现和观察物理现象，并确定设计参数。于是，可显著减少设计时间和费用。

最感兴趣的一种模拟是根据含油气层的数值模型的性能，推断真实的含油气层的行为的方法。储油层模拟的目的是充分了解在储油层中发生的复杂化学、物理和流体流动过程，预测储油层的未来行为，从而使油气开采率达到最大。储油层模拟通常指的是储油层内流动的流体动力学，但是从广义来说，储油层模拟也可涉及整个石油系统，包括储油层、注入井、采油井、地面出油管线及地面加工设施。

数值模拟的原理是利用计算机，数值求解描述物理现象的方程式。这种方程式通常是普通的微分方程和偏微分方程。这些方程式通常是利用诸如有限差分法、有限元法、有限体积法之类数值方法来求解的。在这些方法中的每一种中，要模拟的物质系统被分成更小的单元(一组单元被称为栅格或网格)，在每个单元中持续变化的状态变量由每个单元的多组数值表示。原始差分方程由一组代数方程代替，以便表述每个更小单元内的质量、能量和/或动量守恒的基本原理，以及表述单元之间的质量、能量和/或动量迁移的基本原理。这些代数方程的数目多达几百万。每个单元的有限数目的数值对连续变化数值的这种代替被称为“离散化”。为了分析随时间变化的现象，必须计算在称为时间步长(timestep)的离散时间间隔时的物理量，而不考虑随时间变化的连续变化条件。迁移过程的瞬态模拟按照时间步长的顺序进行下去。

在储油层的典型模拟中，在感兴趣范围中的特定点寻求主要未知量(通常是压强和相饱和度或相组成)的解答。这样的点被称为“栅格节点(gridnode)”或者更一般地被称为“节点”。围绕这样的节点构造单元，并且栅格被定义为这样的一组单元。诸如孔隙率和渗透率之类性质被假定为在单元内是恒定不变的。诸如压强和相饱和度之类的其它变量在节点处被确定。两个节点之间的链接被称为“连线”。两个节点之间的流体流动通常被模拟为沿着它们之间的连线的流动。

在常规的储油层模拟中，大多数栅格系统是结构化的。即，单元具有相似的形状，以及相同数目的侧面或表面。最常用的结构化栅格是笛卡尔或放射状栅格，其中在二维空间中，每个单元具有四个侧面，在三维空间中，每个单元具有六个侧面。虽然结构化栅格易于使用，但是它们缺少适应储油层及油井几何形状方面的变化的灵活性，并且通常不能有效处理储油层中岩石和流体的物理性质的空间变化。已提出了供结构化栅格效率不高的这种情形中使用的灵活栅格。当栅格由具有可因位置而异的形状，大小及侧面或表面数目的多边形组成时，该栅格被称为是灵活的或非结构化栅格。和结构化栅格相比，非结构化栅格可更容易地与复杂的储油层特征相符，由于这个原因，已提出在储油层模拟中采用非结构化栅格。

储油层模拟中可使用的一种灵活栅格是Voronoi栅格。Voronoi单元被定义为与到其它任何节点的距离相比，更接近于其节点的空间区域，Voronoi栅格由这样的单元组成。每个单元与一个节点，以及一系列相邻单元相关。从几何学来说，Voronoi栅格是局部直交的；即，单元边界垂直于位于每条边界两侧的节点的连线。为此，Voronoi栅格也被称为垂直平分(PEBI)栅格。矩形栅格块(笛卡尔栅格)是Voronoi栅格的一种特殊情况。由于可自由选择节点的位置，因此PEBI栅格具有表现变化极大的储油层几何形状的灵活性。通过在指定范围内分配节点，并且以使各个单元含有与到其它任何节点位置的距离相比，更接近于其节点位置的所有点的方式，产生单元边界，产生PEBI栅格。由于PEBI栅格中节点间的连线被单元边界垂直平分，因此这显著简化了流动方程式的求解。关于PEBI栅格产生的更详细说明，请参见Palagi，C.L和Aziz，K.在66thAnnual Technical ConferencE and Exhibition，TX，Dallas(1991年10月6-9日)提交的论文SPE 22889：“Use of Voronoi Grid in ReservoirSimulation”。