[发明专利]使用基于动态组成的可扩展面向对象体系结构仿真物理系统中的流体流动的方法、系统和程序存储设备

说明书

背景技术

碳水化合物勘探和开采依赖于油层模拟的复杂方法。油层模型可 以用来理解地质状况和流体流动，或者预测使用多种开采机制的未来 产量。通用油层仿真器用来将地质、岩石物理、流体和井模型描述与 控制质量转移的物理定律结合以支持油层分析和预测。关于油层仿真 背后的原理的一本不错的初级读物是Aziz，K.和Settari，A.， Petroleum Reservoir Simulation(油层仿真)，Elsevier应用科学出版 社，London(1979)。由Khalid Aziz和Antonin Settari再版，Blitz 印刷有限公司，Calgary，Alberta(2002)。

油层模型的仿真需要控制随着时间过去质量和能量守恒的方程的 求解。仿真的过程涉及求解离散时间间隔的方程以监控油层属性的变 化。方程包括来自岩石物理和流体模型的转移、相行和反应关系。油 层属性的空间变化需要方程以与网格几何形状和拓朴结构相对应的方 式空间离散化。时间相关项需要时间离散化以监控遍及油层的网格节 点位置的质量或能量累积。选择空间离散化方法以保证网格属性非均 质性的准确表示。

经典的节点中心有限差分法常用于具有连续几何形状和缓和变化 的渗透率的油层。有限差分的变体用于与高度非均质的渗透率场相关 联的网格。复杂的地质和流体描述可以导致具有上百万方程和未知量 的方程系统。稳定的拟牛顿迭代法用来求解非线性系统并且需要有效 的方法建立并求解线性系统。可以使用自适应隐式法通过减少隐式变 量的数目从而减小线性系统的大小来增加牛顿迭代的计算效率。 Young，L.C.和Russell，T.F.：“Implementation of An Adaptive Implicit Method(自适应隐式法的实现)”，SPE论文25245，SPE 油层仿真讨论会上提出，New Orleans，1993。设计隐式和显式节点 的选择以最小化隐式节点的数目同时保证最大的稳定时间步长大小。 Cao，H.和Aziz，K.：“Performance of IMPSAT and IMPSAT-AIM Models in compositional simulation(组成仿真中IMPSAT和 IMPSAT-AIM模型的性能)”，SPE论文77720，SPE ATCE上提 出，San Antonio，2002。当代油层仿真体系结构典型地具有至少10 年的寿命。结果，广泛使用的许多仿真器在最初针对结构化网格和标 量体系结构的石油工程、软件工程和计算技术方面具有它们的根源。 软件和硬件技术、并行计算、高级网格和现代软件工程技术的进展已 经产生新的机会。同时，发展涉及复杂地质模型、增强的岩石和流体 属性模型、大的全场仿真、近井研究、生产和设备优化以及随机模拟 的工作流程已经对油层仿真技术提出新的需求。

用于油层仿真器的开发的传统语言，例如FORTRAN具有有限 的数据模拟能力并且集中于遵循一组预定义程序来求解问题。更现代 的程序设计语言例如C++通过先进的数据类型系统提供复杂的数据 模拟，并且不局限于根据程序分解问题。另外，C++支持面向对象的 范例，这允许集成具有广泛不同的行为、数据模型和性能需求的许多 组件的程序开发，同时提供代码重用、可维护性和可扩展性的机制。 这些要素对于下一代油层仿真器的成功是关键性的。