一种多相流体地层渗流的数值模拟方法及应用技术

本申请提供了一种多相流体地层渗流的数值模拟方法及应用，涉及数值模拟技术领域，该方法包括：

【技术实现步骤摘要】
一种多相流体地层渗流的数值模拟方法及应用


[0001]本申请涉及数值模拟
，尤其是涉及一种多相流体地层渗流的数值模拟方法及应用
。

技术介绍

[0002]在过去的多相渗流模拟中，经典的
VOF(Volume of Fluid)
方法已经被广泛应用
。
该方法基于对流体在空间中的分布进行体积分数的描述，能够有效地模拟多相流体的界面行为
。
然而，传统的
VOF
方法存在一些限制，例如对于复杂的多孔介质结构和非均质介质的处理相对困难
。
[0003]在传统的流体力学模型中，常常假设液体和气体是不可压缩的，即密度保持不变
。
然而，这种假设在某些情况下存在一定的局限性，因此其流体的渗流模拟结果常与实际渗流情况相距甚远，影响了模拟结果的有效性，难以为油气开发
、
地质工程等需要考虑渗流情况的项目提供有用的数据支持，尤其是多相流体渗流模拟中
。

技术实现思路

[0004]本申请的目的在于提供一种多相流体地层渗流的数值模拟方法及应用，以改善现有技术中多相流体地层渗流模拟结果与实际渗流情况相距甚远的技术问题，可以更为准确的模拟并描述多相流体的相互作用
、
界面行为和动态演化过程
。
[0005]本申请的另一目的在于提供一种多相流体地层渗流的数值模拟方法的应用
。
[0006]为了上述目的，本申请提供以下技术方案：
[0007]第一方面，本申请提供一种多相流体地层渗流的数值模拟方法，包括：
[0008]S1:
获取岩心样品的孔隙度三维数据体和渗透率三维数据体，构建高精度数字岩心模型；
[0009]S2:
通过
VOF
模型追踪多相流体间的相界面，描述多相流体的传输行为，建立渗流模拟数学模型；
[0010]S3:
根据高精度数字岩心模型和渗流模拟数学模型建立三维流体力学模型，根据所述三维流体力学模型求解所述多相流体的压力场；
[0011]其中，在通过
VOF
模型追踪多相流体间的相界面，描述多相流体的传输行为，建立渗流模拟数学模型中，引入所述多相流体的压缩系数
、
混合流体的混合粘度和混合密度
。
[0012]进一步地，在本申请的一些实施例中，所述渗流模拟数学模型根据多相流体动量守恒方程
、
多相流体质量守恒方程以及多相流体相方程构建
。
[0013]进一步地，在本申请的一些实施例中，其中多相流体质量守恒方程为：
[0014][0015]dA
为微元体的面积，单位为
m2；
dV
为微元体的体积
(dV
＝
dxdydz
，
x、y、z
为微元体的
三维坐标的三个方向
)
，单位为
m3；
m
为微元体流体的质量，其单位为
kg
；
t
为时间，单位为
s
；
q
ogw
为源汇相，单位为
kg/s
；此时
v
m
为混合流体的速度，其单位为
m/s
；
ρ
m
为混合流体的密度，其单位为
kg/m3，其表达式如下：
[0016]ρ
m
＝
S
o
ρ
o
+S
g
ρ
g
+S
w
ρ
w
[0017]其中，
S
o
、S
g
和
S
w
分别为油
、
气
、
水三相的饱和度；
ρ
o
、
ρ
g
、
ρ
w
为油
、
气
、
水三相流体的密度，单位为
kg/m3；
[0018]进一步地，在本申请的一些实施例中，多相流体动量守恒方程为：
[0019][0020]其中，
φ
为岩石的孔隙度，孔隙度无量纲；
ρ
m
为混合流体的密度，单位为
kg/m3
；
k
为单相流体的渗透率，单位为
m2；为压力梯度，单位为
Pa/m
；
p
c
为三相毛管压力，单位为
Pa
；
μ
m
为混合流体的粘度，表达式如下：
[0021]μ
m
＝
S
o
μ
o
+S
g
μ
g
+S
w
μ
w
[0022]其中，
μ
o
、
μ
g
、
μ
w
分别为油气水三相的粘度，粘度单位为
Pa
·
s
；
[0023]进一步地，在本申请的一些实施例中，多相流体相方程为：
[0024][0025][0026][0027]其中，
q
o
、q
g
、q
w
为油
、
气
、
水的源汇相，单位为
kg/s。
[0028]进一步地，在本申请的一些实施例中，所述三相毛管压力
p
c
,
根据多相流体的优势相，分别通过下式获得：
[0029]当油相为优势相，则三相毛管压力
p
c
为：
[0030][0031]当气相为优势相，则三相毛管压力
p
c
为：
[0032][0033]当水相为优势相，则三相毛管压力
p
c
为：
[0034][0035]其中
p
cog
、p
cow
、p
cwg
分别为油气
、
油水以及气水直接的毛管压力，其表达式如下：
[0036][0037][0038][0039]其中，
σ
og
、
σ
ow
、
σ
wg
分别为油气
、
油水
、
气水之间的界面张力，单位为
N/m
；
θ
og
、
θ
ow
、
θ
wg
分别为油气
、
油水
、
气水之间本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种多相流体地层渗流的数值模拟方法，其特征在于，包括：
S1:
获取岩心样品的孔隙度三维数据体和渗透率三维数据体，构建高精度数字岩心模型；
S2:
通过
VOF
模型追踪多相流体间的相界面，描述多相流体的传输行为，建立渗流模拟数学模型；
S3:
根据高精度数字岩心模型和渗流模拟数学模型建立三维流体力学模型，根据所述三维流体力学模型求解所述多相流体的压力场；其中，在通过
VOF
模型追踪多相流体间的相界面，描述多相流体的传输行为，建立渗流模拟数学模型中，引入所述多相流体的压缩系数
、
混合流体的混合粘度和混合密度
。2.
根据权利要求1所述的一种多相流体地层渗流的数值模拟方法，其特征在于，所述渗流模拟数学模型根据多相流体动量守恒方程
、
多相流体质量守恒方程以及多相流体相方程构建
。3.
根据权利要求2所述的一种多相流体地层渗流的数值模拟方法，其特征在于，其中多相流体质量守恒方程为：其中，
A
为微元体的面积，
m2；
dV
为微元体的体积
(dV
＝
dxdydz
，
x、y、z
为微元体的三维坐标的三个方向
)
，
m3；
m
为微元体流体的质量，
kg
；
t
为时间，
s
；
q
ogw
为源汇相，
kg/s
；
v
m
为混合流体的速度，
m/s
；
ρ
m
为混合流体的密度，
kg/m3，其表达式如下：
ρ
m
＝
S
o
ρ
o
+S
g
ρ
g
+S
w
ρ
w
其中，
S
o
、S
g
和
S
w
分别为油相
、
气相
、
水相的饱和度；
ρ
o
、
ρ
g
、
ρ
w
分别为油相
、
气相
、
水相流体的密度，
kg/m3。4.
根据权利要求2所述的一种多相流体地层渗流的数值模拟方法，其特征在于，多相流体动量守恒方程为：其中，
φ
为岩石的孔隙度，孔隙度无量纲；
ρ
m
为混合流体的密度，
kg/m3；
k
为单相流体的渗透率，
m2；为压力梯度，
Pa/m
；
p
c
为三相毛管压力，毛管压力
Pa
；
l
为长度，
m
；
▽
表示梯度运算；
μ
m
为混合流体的粘度，表达式如下：
μ
m
＝
S
o
μ
o
+S
g
μ
g
+S
w
μ
w
其中，
μ
o
、
μ
g
、
μ
w
分别为油气水三相的粘度，粘度单位为
Pa
·
s
；
S
o
、S
g
和
S
w
分别为油相
、
气相
、
水相的饱和度
。5.
根据权利要求2所述的一种多相流体地层渗流的数值模拟方法，其特征在于，多相流体相方程为：
其中，
q
o
、q
g
、q
w
为油
、
气
、
水的源汇相，
kg/s
；
S
o
、S
g
和
S
w
分别为油相
、
气相
、
水相的饱和度；
ρ
o
、
ρ
g
、
ρ
w
分别为油相
、
气相
、
水相流体的密度，
kg/m3；
v
o
、v
g
、v
w
分别为油相
、
气相
、
水相流体的速度，
m/s。6.
根据权利要求4所述的一种多相流体地层渗流的数值模拟方法，其特征在于，所述三相毛管压力
p
c
根据多相流体的优势相，分...

【专利技术属性】
技术研发人员：李星甫，唐雁冰，杨培强，周利华，吴飞，李闽，卢丙，杨鑫，张柏宇，杜翔宇，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：