一种弹性介质的流固耦合多尺度流动模拟方法技术

本发明专利技术公开了一种弹性介质的流固耦合多尺度流动模拟方法。该方法包括：获取油藏地质参数以及力学参数，建立油藏几何模型，并对油藏几何模型进行多尺度网格划分，得到多尺度网格系统；基于多尺度网格系统，建立质量守恒方程和动量守恒方程，实现可变性介质渗流情况的真实模拟，采用多尺度有限元法求解局部动量守恒方程，获得多尺度位移基函数，采用多尺度模拟有限差分法求解局部质量守恒方程，获得多尺度速度基函数和多尺度压力基函数，来保证计算的守恒性和精确性；通过多尺度基函数实现大尺度粗网格上的流动模拟，并根据大尺度解和小尺度解之间的映射关系，获得细网格单元的小尺度解，来减少计算量。

【技术实现步骤摘要】
一种弹性介质的流固耦合多尺度流动模拟方法
本专利技术涉及多孔介质流固耦合流动模拟的领域，特别涉及一种弹性介质的流固耦合多尺度流动模拟方法。
技术介绍
地下介质有着强烈的应力敏感性，油藏中的应力对产能预测，不确定分析以及风险评估等有着重大的影响，在油藏数值模拟中需要充分考虑应力的影响。但在实际油藏应用中，由于油藏地质以及几何性质的多尺度性，及油藏空间尺度大，模拟的时间尺度长，使传统数值方法首先对区域进行精细网格剖分，然后在精细尺度上进行模拟计算量巨大，超出了现有的计算能力。近年来，随着多尺度方法的发展，国内外专家学者开始将多尺度方法应用于非均质油藏非线性流动模拟中。多尺度方法通过局部计算多尺度基函数构建大尺度方程组，在得到大尺度解之后，多尺度方法可以基于多尺度基函数映射得到精确度较高的小尺度精细解，多尺度方法即拥有尺度升级方法的计算速度，又拥有很高的计算精度，但是，现在多尺度的发展主要集中于多相流动模拟，尤其是椭圆型压力方程求解，很少涉及介质的力学形变的因素，而且目前仅多尺度伽辽金有限元方法被利用于流固耦合问题的求解，但是多尺度有限元方法是基于伽辽金有限元的框架，因此在多尺度速度基函数构建中不能保证速度局部守恒性，不适于多相流的计算。因此，寻找一种既能降低计算量又能保证计算精度的新型数值方法势在必行。
技术实现思路
本专利技术的目的是，为了克服现有的流固耦合油藏流动模拟方法的技术缺陷，得到一种既能减少计算量，又拥有较高计算精度的流固耦合流动模拟方法，提供了一种弹性介质的流固耦合多尺度流动模拟方法。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种弹性介质的流固耦合多尺度流动模拟方法，包括如下步骤：获取油藏地质参数以及力学参数，建立油藏几何模型；对油藏几何模型进行多尺度网格划分，得到包括粗网格子系统和细网格子系统的多尺度网格系统；基于多尺度网格系统，选取局部流动区域，建立所述流动区域的局部质量守恒方程，并采用多尺度有限元法求解局部动量守恒方程，获得多尺度位移基函数；基于多尺度网格系统，选取流动区域，建立所述流动区域的局部动量守恒方程，采用多尺度模拟有限差分法求解局部质量守恒方程，获得多尺度速度基函数和多尺度压力基函数；基于多尺度原理及多尺度位移基函数、多尺度速度基函数和多尺度压力基函数，获得粗网格单元的宏观大尺度解，并得到宏观大尺度解和小尺度解之间的映射关系；根据宏观大尺度解及大尺度解和小尺度解之间的映射关系，获得细网格单元的小尺度解。可选的，所述多尺度网格划分的具体步骤包括：根据研究区域大小，确定各个空间方向的大尺度粗网格步长和数量，采用正交网格对油藏几何模型进行小尺度精细网格划分获得细网格子系统；在小尺度细网格的基础上使用负载平衡算法构建粗网格子系统，所述粗网格子系统中的粗网格单元由所述细网格子系统中的细网格单元相互连接而成；由所述粗网格子系统和所述细网格子系统组成多尺度网格系统。可选的，所述细网格子系统包含油藏岩石、流体的基本特征参数和力学参数。可选的，所述获得多尺度位移基函数的具体步骤包括：将每一个粗网格单元视为一个局部流动区域Ω，建立所述局部流动区域的动量守恒方程：其中，Cdr为弹性张量，l为时间区间l＝[0,t]，u和p分别代表位移向量和压力，I为单位矩阵，b为毕渥系数，为对称梯度算子；选取边界条件φi(xj)＝δij，δij为克罗内克符号，使用多尺度有限元法求解局部动量守恒方程，获取每个粗网格单元的多尺度位移基函数并构建多尺度位移基函数矩阵其中为小尺度位移基函数，所述小尺度位移基函数为在进行小尺度精细网格计算时位移变量所选取的基函数，为粗网格单元内第i个细网格结点上的位移离散值，为粗网格单元内细网格单元节点的数量。可选的，所述获得多尺度速度基函数和多尺度压力基函数的具体步骤包括：将相邻的两个粗网格单元视为一个流动区域Ω'，以保证局部守恒性，建立所述流动区域的局部质量守恒方程：其中，b为毕渥系数，l为时间区间l＝[0,t]，Mb为毕渥模量，为位移对时间的导数，为压力对时间的导数，λ为流体流动系数。选取封闭边界条件，采用多尺度模拟有限差分法求解局部质量守恒方程，获得每一个粗网格单元对应的多尺度压力基函数和每一条粗网格边界对应的多尺度速度基函数并构建多尺度压力基函数矩阵和多尺度速度基函数矩阵其中，和分别为小尺度压力基函数和小尺度速度基函数，所述小尺度压力基函数为在进行小尺度精细网格计算时，压力变量的基函数，所述小尺度速度基函数为在进行小尺度精细网格计算时，速度变量的基函数，为粗网格单元内第i个细网格边界上的压力离散值，为粗网格单元内第i个细网格边界上的速度离散值，为粗网格单元内细网格单元数量；为粗网单元内细网格单元边界数量。可选的，所述获得粗网格单元的宏观大尺度解的具体步骤包括：将多尺度位移基函数矩阵，多尺度压力基函数矩阵和多尺度速度基函数矩阵组装成为映射算子Φ，即构建大尺度刚度矩阵A＝ΦAfΦT，其中Af为小尺度刚度矩阵，所述小尺度刚度矩阵为在小尺度细网格上，离散动量守恒方程和动量守恒方程后所形成的刚度矩阵，具体元素包括力学刚度矩阵，模拟有限差分系数矩阵，及压缩项系数矩阵，在此基础上形成大尺度方程组Ax＝b，其中，b为方程组右端项，包括源汇项，位移边界条件及应力边界条件；对耦合大尺度方程组进行求解获得粗网格单元的宏观大尺度解，包括大尺度位移uc，大尺度压力pc，大尺度速度vc。可选的，所述获得细网格单元的小尺度解的具体步骤包括：构建映射矩阵Nu，Np，Nv，其中，Nu是以所有多尺度位移基函数作为列向量的矩阵，Np是以所有多尺度压力基函数作为列向量的矩阵，Nv是以所有多尺度速度基函数作为列向量的矩阵；根据映射矩阵得到所述宏观大尺度解和所述小尺度解之间的对应关系分别为：uf＝Nuuc，pf≈Ipc+NpDλvc，vf＝Nvvc，并结合粗网格单元的宏观大尺度解，获得细网格单元的小尺度解，其中，uf，pf，vf分别表示小尺度位移，小尺度压力和小尺度速度，I为单位矩阵，Dλ为流度系数矩阵。根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：专利技术公开了一种弹性介质的流固耦合多尺度流动模拟方法，采用质量守恒方程和动量守恒方程实现可变性介质渗流情况的真实模拟，采用多尺度有限元法求解局部动量守恒方程获得多尺度位移基函数，采用多尺度模拟有限差分法求解局部质量守恒方程获得多尺度速度基函数和多尺度压力基函数，通过多尺度基函数构建大尺度流固耦合方程并获得大尺度粗网格解，包括大尺度位移解，压力解和速度解；根据大尺度解和小尺度解之间的映射关系，获得细网格单元的小尺度解，在保证流固耦合流动模拟精度的同时大大减少了计算量，能够更全面的模拟油田开发动态，为油藏的高效开发提供了技术支撑。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术提供的一种弹性介质的流固耦合多尺度流动模拟方法的一个实施例的流程图。图2为本专利技术提供的一种弹性介质的流固耦合多尺度流动模拟方法的多尺度网格系统示意图。图3为本专利技术提供的一种弹性介质的流固耦合多尺本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种弹性介质的流固耦合多尺度流动模拟方法，其特征在于，包括如下步骤：获取油藏地质参数以及力学参数，建立油藏几何模型；对油藏几何模型进行多尺度网格划分，得到包括粗网格子系统和细网格子系统的多尺度网格系统；基于多尺度网格系统，选取局部流动区域，建立所述流动区域的局部质量守恒方程，并采用多尺度有限元法求解局部动量守恒方程，获得多尺度位移基函数；基于多尺度网格系统，选取流动区域，建立所述流动区域的局部动量守恒方程，采用多尺度模拟有限差分法求解局部质量守恒方程，获得多尺度速度基函数和多尺度压力基函数；基于多尺度原理及多尺度位移基函数、多尺度速度基函数和多尺度压力基函数，获得粗网格单元的宏观大尺度解，并得到宏观大尺度解和小尺度解之间的映射关系；根据宏观大尺度解及大尺度解和小尺度解之间的映射关系，获得细网格单元的小尺度解。

【技术特征摘要】
1.一种弹性介质的流固耦合多尺度流动模拟方法，其特征在于，包括如下步骤：获取油藏地质参数以及力学参数，建立油藏几何模型；对油藏几何模型进行多尺度网格划分，得到包括粗网格子系统和细网格子系统的多尺度网格系统；基于多尺度网格系统，选取局部流动区域，建立所述流动区域的局部质量守恒方程，并采用多尺度有限元法求解局部动量守恒方程，获得多尺度位移基函数；基于多尺度网格系统，选取流动区域，建立所述流动区域的局部动量守恒方程，采用多尺度模拟有限差分法求解局部质量守恒方程，获得多尺度速度基函数和多尺度压力基函数；基于多尺度原理及多尺度位移基函数、多尺度速度基函数和多尺度压力基函数，获得粗网格单元的宏观大尺度解，并得到宏观大尺度解和小尺度解之间的映射关系；根据宏观大尺度解及大尺度解和小尺度解之间的映射关系，获得细网格单元的小尺度解。2.根据权利要求1所述的一种弹性介质的流固耦合多尺度流动模拟方法，其特征在于，所述多尺度网格划分的具体步骤包括：根据研究区域大小，确定各个空间方向的大尺度粗网格步长和数量，采用正交网格对油藏几何模型进行小尺度精细网格划分获得细网格子系统；在细网格的基础上使用负载平衡算法构建粗网格子系统，所述粗网格子系统中的粗网格单元由所述细网格子系统中的细网格单元相互连接而成；由所述粗网格子系统和所述细网格子系统组成多尺度网格系统。3.根据权利要求2所述的一种弹性介质的流固耦合多尺度流动模拟方法，其特征在于，所述细网格子系统包含油藏岩石、流体的基本特征参数和力学参数。4.根据权利要求1所述的一种弹性介质的流固耦合多尺度流动模拟方法，其特征在于，所述获得多尺度位移基函数的具体步骤包括：将每一个粗网格单元视为一个局部流动区域Ω，建立所述局部流动区域的动量守恒方程：其中，Cdr为弹性张量，l为时间区间l＝[0,t]，u和p分别代表位移向量和压力，I为单位矩阵，b为毕渥系数，为对称梯度算子；选取边界条件φi(xj)＝δij，δij为克罗内克符号，使用多尺度有限元法求解局部动量守恒方程，获取每个粗网格单元的多尺度位移基函数并构建多尺度位移基函数矩阵其中为小尺度位移基函数，所述小尺度位移基函数为在进行细网格计算时位移变量所选取的基函数，为粗网格单元内第i个细网格结点上的位移离散值，为粗网格单元内细网格单元节点的数量。5.根据权利要求1所述的一种弹性介质的流固耦合多尺度流动模拟方法，其特征在于，所述获得多尺度速度基函数和多尺度压力基函数的具体步骤包括：将相邻的两...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄朝琴，张庆福，姚军，黄涛，张晓宇，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：山东,37