[发明专利]油水两相流的流动状态的数值模拟方法及数值模拟装置

说明书

本发明公开了油水两相流的流动状态的数值模拟方法及数值模拟装置，属于数值模拟领域。本发明在建立油水两相流的模型并对其进行有限元的离散之后，在为求解其流体体积分数函数所施加的速度与压力的边界条件中，考虑了油水两相流所在的流动空间的壁面上的漏失速度的存在，提高了数值模拟方法得到的最终结果的准确性，有利于油藏的开发。

技术领域

本发明涉及数值模拟领域，特别涉及一种油水两相流的流动状态的数值模拟方法及数值模拟装置。

背景技术

两相流为两相物质所组成的流动系统，其中至少一相为流体物质。两相流广泛存在于自然界和其他工程领域，例如：雨、雪、云、雾的飘流，生物体中的血液循环，水利工程中的泥沙运动和高速掺气水流，环境工程中烟尘对空气的污染等。在石油工业领域，油水两相流在油藏中非常常见。

为了实现对油藏中的油水两相流的控制与预测，以便于油藏的开发，需要对油藏中的油水两相流的流动状态进行模拟。现有技术中通常是对油水两相流的流动状态进行物理模拟或者数值模拟，但物理模拟存在耗时、成本较高、操作复杂等问题，而数值模拟的准确性较低。

发明内容

本发明实施例提供了一种油水两相流的流动状态的数值模拟方法及数值模拟装置，能够对油水两相流的流动状态进行较为准确的模拟。所述技术方案如下：

本发明实施例提供了一种油水两相流的流动状态的数值模拟方法及数值模拟装置，所述数值模拟方法包括：

建立油水两相流的模型；

对所述模型进行有限元离散，将所述模型划分为有限元网格；

建立所述有限元网格的流体体积分数函数；

为所述流体体积分数函数设置速度与压力的边界条件；

基于所述边界条件对所述流体体积分数函数进行求解；

将所述流体体积分数函数的结果以图像的形式显示，得到所述油水两相流的流动状态图像，

其中，所述速度与压力的边界条件满足以下方程组：

其中，u为油水两相流x方向速度，v为油水两相流y方向速度,v_l为油水两相流在油水两相流所在的流动空间的壁面上的漏失速度，w为油水两相流的流动区域宽度，g_x为重力加速度沿x方向分量，g_y为重力加速度沿y方向分量，p为油水两相流压力，τ_xx、τ_xy、τ_yx、τ_yy为油水两相流切应力，f为连续表面张力，ρ为油水两相流的密度，x方向与y方向为油水两相流中相互垂直的两个方向。

可选地，所述流体体积分数函数满足以下公式：

VOF_I^e_n为当前时间步的有限元网格内各节点的体积分数矩阵，VOFIe_n-1为前一时间步的有限元网格内各节点的体积分数矩阵，Δt为当前时间步与前一时间步的时间差，Me、Ke分别为不同的系数矩阵。

可选地，所述确定所述流体体积分数函数还包括：

采用Galerkin(伽辽金)法构建有限元网格内流体体积分数函数的加权余量方程，所述加权余量方程满足以下公式：

可选地，所述方法还包括：

将所述模型分别划分为速度单元网格与压力单元网格；

分别建立所述速度单元网格与所述压力单元网格的插值函数；