地下水流仿真中使用的多尺度有限体积法制造技术

一种使用由多孔介质中的单相或多相流动产生的多个空间尺度求解椭圆问题的多尺度有限体积（ＭＳＦＶ）方法。使用粗网格单元（２２）的正交２Ｄ网格（２０）。精细网格单元（２６）的底层精细网格（２４）包含精细尺度渗透率信息。该方法有效地捕获粗糙网格上的小尺度效应，守恒的，并且正确地处理张量渗透率。底层的概念是构造捕获微分算子的局部属性的传输率。这导致有限体积解算法的多点离散化方案。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般地涉及地下油层仿真器，尤其涉及使用多尺度物理学 仿真地下油层中的流动的那些仿真器，
技术介绍
油层描述中可用的详细程度经常超出现有油层仿真器的计算能 力.该分辨率差距通常通过将精细尺度描述提高尺度到可以由全功能 仿真器处理的尺寸来解决.在提高尺度时，使用计算廉价的过程粗化 原始模型.在基于流动的方法中，过程基于单相流动。然后使用粗化 的模型执行仿真研究。提高尺度法例如这些已经证明非常成功。但 是，当使用经由这些简化设置构造的粗糙模型研究复杂流动过程时， 具有存在的误差的先验估计是不可能的.已经提出对于多孔介质中流动的各种根本不同的多尺度方法以直接适应精细尺度描述。与提高尺度相反，多尺度方法使用原始分辨率 解决全部问题。提高尺度法典型地基于通过最大化局部操作解决关注的长度和时间尺度。Arbogast等人(T. Arbogast, 7V"附er/cfl/sw6griV/ "/wca///ig/wo p/tflse y/(w /ws附^//"(多孑L介质中两相流动的 数值子网格尺度提高)，技术报告，德州计算和应用数学研究所，位 于奥斯汀的德州大学，1999，以及T. Arbogast和S丄.Bryant, iV wig/*/cfl/ si/Agr/d "/;scflr// g w"紐(/7oorf s/附n/a"o"s (洪水仿真的 数值子网格尺度提高)，SPE 66375， 2001 )提出混合有限元法，其 中精细尺度效应由粗糙元素边界的边界条件假设局部化。然后，小尺 度影响与粗糙尺度效应由数值格林函数结合。Hou和Wu (T. Hou 和X.H. Wu ， /4附w她ca/e ,"/te e/e附e"f/i /* e//—/c pro6/e附s /" co附/ws/te附a紐r/a/s ^mrf /w/vus附e必tf (复合材料和多孑L介质中椭圃 问题的多尺度有限元法)，J. Comp. Phys.， 134:169-189， 1997)使 用有限元法并且构造捕获小尺度的特殊基函数。再次，局部化由粗糙 元素的边界条件假设实现。为了减小这些边界条件的效应，可以应用 过采样技术。Chen和Hou ( Z. Chen和T.Y. Hou， ^附ix:ei/(具有快速振动系数的椭圃问题的混合有限元法，Math. Comput.， 2002年6月)结合混合有限元法使用这些想法.Beckie等人的另一 种方法(R. Beckie， A.A. Aldama和E.F. Wood, M油/zwg(使用空间滤波模拟饱和地下水流的大尺度动态特性)，水资源研 究，32:1269-1280， 1996 )基于常用于湍流模拟的大型涡流仿真 (LES )技术。Lee等人(S.H. Lee， L.J. Durlofsky， M.F. Lough和W.H. Cheii， </(/Q%/*e"ce s/附"/""'o" co附/ /狄feservo//*s柳'幼/^rwefl6/份/es (使用张量渗透率的复杂地质油层的有限差 分仿真)，SPERE&E， 567-574页，1998 )研制了 2D模型的通量连 续有限差分(FCFD)方案。Lee等人还研制了 一种方法以解决3D模型(S.H. Lee ， H. Tchelepi , P. Jenny和L. Dechant ,/附/ /e附e"似/f》"" y "JC CO"//ffMOM$ 附CAorf S,ffl%/*"/ A/c， AeXfl/^IWI gf7Vfo (地层六面体网格的通量连续有限差分法的实现)，SPE期刊，九月，269-277页，2002) 。 Jenny等人 (P. Jenny, C. Wolfsteiner， S.H. Lee和L.J. Durlofsky，(使用六面体多模块网格模拟复杂地质油层中的流动，SPE期 刊，六月，149-157页，2002 )随后在多模块仿真器中实现了该方 案。考虑到上面的模拟努力，存在对更有效地捕获粗糙网格上的小尺 度效应的仿真方法的需求.理想地，该方法将是守恒的并且也正确地 处理张量渗透率。此外，优选地，重构的精细尺度解将满足精细尺度 上的适当质量平衡.本专利技术提供这种仿真方法。
技术实现思路
讲授一种用于求解椭圃或抛物线问题例如在地下水流仿真器中发 现的那些的多尺度有限体积(MSFV)方法，该MSFV方法的优点 在于它很好地适合于精细体积框架，它允许计算有效的粗糙尺度传输 率，适当地处理张量渗透率，以及在粗糙和精细尺度都是守恒的。本 方法相对于现在使用的油层仿真是计算有效的并且非常适合于大量并 行计算.本专利技术可以适用于3D非结构化网格，也适用于多相流动. 此外，重构的精细尺度解满足精细尺度上的适当质量平衡。描述一种导致粗糙尺度问题的有效传输率的多尺度方法。 一旦构 造传输率，MSFV方法使用利用多点模板进行通量离散化的有限体积 方案。该方法是守恒的并且正确地处理张量渗透率。该方法容易使用 现有有限体积代码应用，并且一旦计算传输率，该方法在计算上非常有效.在计算有效传输率时，使用闭包假设.该多尺度方法的显著特征是使用两组基函数。双基函数的第一组 被计算以构造粗糙单元之间的传输率。局部计算的精细尺度基函数的6第二组用来从粗糙尺度解中重构精细尺度速度场。设计这第二组精细 尺度基函数使得重构的精细尺度速度解与传输率完全一致。此外，解 满足小尺度上的适当质量平衡。MSFV方法可以在模拟地下油层时使用。首先创建定义多个精细 单元的精细网格。渗透率场和其他精细尺度属性与精细单元相关联。 接下来，创建定义多个粗糙单元的粗糙网格，粗糙单元之间具有分界 面。粗糙单元理想地是精细单元的聚集。构造定义多个双粗糙控制体 积的双粗糙网格。双粗糙控制体积理想地也是精细单元的聚集。边界 围绕双粗糙控制体积.然后通过优选地沿着粗糙单元的分界面使用从求解简化问题获得 的边界条件而求解局部椭圃或抛物线问题，在双粗糙控制体积上计算 双基函数.然后从双基函数中跨越粗糙单元的分界面提取通量，优选 地积分通量。组合这些通量以获得粗糙单元网格的粗糙单元之间的有 效传输率。传输率可以用于粗糙尺度有限体积计算。可以建立精细尺度速度场。使用有限体积法以利用单元之间的传 输率计算粗糙单元中的压力。通过在粗糙单元上求解局部椭圃或抛物线流动问题并且通过利用从双基函数中提取的跨越粗糙单元分界面的 精细尺度通量计算精细尺度基函数.最后，结合精细尺度基函数和相 应粗糙单元压力以提取精细尺度速度场.通过使用精细尺度速度场可以在精细网格上求解迁移问题.理想 地，在两个阶段中迭代地求解迁移问题。在第一阶段中，从求解压力 方程中获得精细尺度速度场.在第二阶段中，使用精细尺度速度场在 精细单元上求解迁移问题.可以应用Schwartz重叠技术以使用隐式迎风模式在每个粗糙单元上局部地求解迁移问题。可以递增时间在粗糙单元上计算解，并且属性例如流动系数可以递增时间对于精细单元而产生。如果预先确定的条件对于双粗糙控制 体积内部的所有精细单元都不满足，那么重构该双粗糙控制体积中的 双精细尺度基函数。附图说明本专利技术的这些和其他目的、特征和优点将关于下面的描述、未决的权利本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在模拟地下油层时使用的多尺度有限体积法，包括：（ａ）创建定义多个精细单元并且具有与精细单元相关联的渗透率场的精细网格；（ｂ）创建定义多个粗糙单元的粗糙网格，在粗糙单元之间具有分界面，粗糙单元是精细单元的聚集；（ｃ）创建定义多个双粗糙控制体积的双粗糙网格，双粗糙控制体积是精细单元的聚集并且具有限制双粗糙控制体积的边界；（ｄ）通过求解局部椭圆或抛物线问题在双粗糙控制体积上计算双基函数；（ｅ）从双基函数中提取跨越粗糙单元的分界面的通量；（ｆ）组合所述通量以计算粗糙单元之间的有效传输率；（ｇ）使用有限体积法并且利用粗糙单元之间的有效传输率计算粗糙单元中的压力；以及（ｈ）计算精细尺度速度场。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：帕特里克燕尼，李松，哈姆蒂A切莱皮，
申请(专利权)人：切夫里昂美国公司，PRAD研究与发展股份有限公司，ETH苏黎世公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]