[发明专利]一种多元热流体热采油藏数值模拟方法

权利要求书

1.一种多元热流体热采油藏数值模拟方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：进行PVT实验，利用测试得到的数据得到新型多元热流体PR-EOS状态方程；基于新型多元热流体PR-EOS状态方程求出多元热流体-稠油体系的相图；

步骤二：进行储层伤害评价实验，描述多元热流体对储层渗透率的伤害程度，建立多元热流体储层伤害数学模型；

步骤三：利用步骤一、步骤二得到的新型多元热流体PR-EOS状态方程和储层伤害数学模型，建立多元热流体数值模拟方法，并进行编程实现，得到多元热流体数值模拟器；通过数值模拟器得到多个在不同条件下多元热流体热采的施工方案，比较不同的施工方案，得到最优的多元热流体热采施工方案。

2.根据权利要求1所述的一种多元热流体热采油藏数值模拟方法，其特征在于：步骤一中PR-EOS模型为：

其中，

其中P为压力，T为温度，V为摩尔体积，P_c为临界压力，T_c为临界温度，R为通用气体常数，

Tr为对比温度；

Soave函数为，

如果偏心因子小于0.49，

m＝0.37464+1.54226ω-0.26992ω²

如果偏心因子大于0.49，

m＝0.3796+1.485ω-0.1644ω²+0.01667ω³

对于混合物，应用范德瓦尔斯混合规则计算参数a和b如下:

其中，k_ij是两个分量之间的BIP。

3.根据权利要求2所述的一种多元热流体热采油藏数值模拟方法，其特征在于：BIP影响PR-EOS模型的准确性，采用临界体积法计算BIP：

其中k_ij是第i个分量和第j个分量之间的BIP，v_ci和v_cj分别为第i分量和第j分量的临界体积，θ为该临界体积法的指数常数。

4.根据权利要求2所述的一种多元热流体热采油藏数值模拟方法，其特征在于：BIP影响PR-EOS模型的准确性，采用临界温度法计算BIP：

其中k_ij是第i个分量和第j个分量之间的BIP，T_ci和T_cj分别为第i分量和第j分量的临界温度，σ为指数常数。

5.根据权利要求1所述的一种多元热流体热采油藏数值模拟方法，其特征在于：步骤二中，储层伤害评价实验的具体操作步骤为：

(1)选用高温高压岩心驱替装置进行实验，高温高压岩心驱替装置包括蒸汽发生器和恒温箱；

(2)利用地层水作为驱替介质，测试岩心的水测渗透率；

(3)设置多元热流体注入速度是1mL/min；调整蒸汽发生器的温度与方案设计温度相同，调整恒温箱的温度与地层温度相同，当蒸汽发生器温度和恒温箱温度达到设计要求后，注入24PV多元热流体，记录注入多元热流体过程中的压力数值；

(4)当注入方案设计的多元热流体的PV数后，注入地层水，第二次测试岩心的水测渗透率；

(5)变化多元热流体的温度，重复上述实验步骤，多元热流体的温度分别是150℃，200℃，250℃和300℃。

6.根据权利要求1所述的一种多元热流体热采油藏数值模拟方法，其特征在于：步骤二中，建立的多元热流体储层伤害数学模型为：

7.根据权利要求1所述的一种多元热流体热采油藏数值模拟方法，其特征在于：步骤三中，得到数值模拟器的过程为：

数值模拟模型由4大类方程构成，分别是质量守恒方程、能量守恒方程、约束方程和边界条件方程；其中，质量守恒方程的基础是质量守恒原理，对于任意组分，质量守恒原理表述为：

ΔM＝M₁-M₂+M₃

根据质量守恒原理，水组分的质量守恒方程是：

气组分的质量守恒方程是：

轻质油组分的质量守恒方程是：

重质油组分的质量守恒方程是：

采用显式的时变渗透率处理方法，根据第t-1时间步的绝对渗透率，PV数和温度，计算第t时间步绝对渗透率，具体计算方法如下：

K(t)＝(beta1×PV⁵+beta2×PV⁴+beta3×PV³+beta4×PV²+beta5×PV+beta6×T³+beta7×T²+beta8×T+beta9)×K(t-1)

考虑地层温度的变化，由能量守恒定律可知：

ΔQ＝Q₁+Q₂+Q₃-Q₄

根据能量守恒定律，得到多元热流体的能量守恒方程：

约束方程主要分为4类，分别是饱和度约束方程，摩尔分数约束方程，相平衡方程，毛管力方程；其中，饱和度约束方程是：

S_w+S_o+S_g＝1

摩尔分数约束方程：

x₁+x₂+x₃＝1

y₁+y₂+y₃＝1

相平衡方程：

K₁(p,T)＝y₂/x₁

K₂(p,T)＝y₃/x₂

y₁＝P_sat/P_g

毛管力方程：

P_w＝P_o-P_cow(S_w)

P_g＝P_o-P_cog(S_g)

边界条件方程：

当给定产量和注入量生产时，内边界条件表述为：

q_I＝const

当给定井底流动压力生产时，内边界条件表述为：

p_wf＝const

初始条件：

P＝P_i(t＝0)

T＝T_i(t＝0)

多元热流体热采数值模拟理论的差分离散：

为了离散控制方程，将数值模拟模型划分为N_x×N_y×N_z个均匀网格，设网格(i,j,k)的空间步长为Δx,Δy,Δz，时间步长为Δt，上标n表示t＝n·Δt时刻，

流体的导热系数，取值为两个相邻网格的调和平均，即：

网格中流体的速度采用下式表示：

上式中，绝对渗透率与粘度之比等于两个相邻网格的调和平均，即：

相对渗透率取流体源流动方向上网格的值，即：

综上，对控制方程进行差分离散，水组分的质量守恒方程的离散形式为：

溶解气组分的质量守恒方程的离散形式为：

轻质油组分的质量守恒方程的差分离散形式为：

重质油组分的质量守恒方程的离散形式为：

能量守恒方程的离散形式为：

具体求解过程：

采用Newton-Raphson迭代法对非线性方程进行线性化求解，4个组分的离散方程写为：

F(X)＝0

式中，向量F代表4个组分的离散方程，向量X代表待求的变量；利用Newton-Raphson迭代方法，对第m个方程Fm进行泰勒展开，得到：

上式表示为：

F_m(X+δX)＝F_m(X)+J·δX+o(δX²)

其中J是雅可比行列式，采用下式计算

令F_m(X+δX)＝0，并且忽略o(δX²)，则得到：

J·δX＝-F

采用共轭梯度法进行求解，在求解得到了δX后，判断是否收敛，若不收敛，则把δX作为上一个迭代初值的增量，得到下一个新迭代步的数值，

X_new＝X_old+δX

不断的重复迭代，直到满足下列收敛条件：

通过以上步骤，求得离散方程组的解。