用于多孔介质中的流动的迭代多尺度方法技术

本发明专利技术提供了管理复杂、高度各向异性、非均匀域的模拟的计算机实现的迭代多尺度方法和系统。一种系统和方法可以配置成实现不存在精确定域假设的结构的模拟。迭代系统和方法通过在所有空间方向上应用线松驰来平滑解场。平滑器是无条件稳定的，并得出能够通过诸如托马斯算法被有效求解的三对角线性系统的集合。而且，为了改进定域假设，无需在每个计算时步中应用迭代平滑过程。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般涉及表征地下地层内的流体流动的计算机实现的模拟器，尤其涉及使用多尺度方法来模拟地下地层内的流体流动的计算机实现的模拟器。
技术介绍
诸如包含烃类物质的地下储层的天然多孔介质通常是高度不均勻和复杂的地质地层。虽然最近的进展，尤其是在表征和数据集成方面的进展已经为越来越详细的储层模型创造了条件，但经典模拟技术往往缺乏认真对待这些结构的精细尺度细节的能力。人们已经开发出了各种多尺度方法来应对这种分辨率差距。这些可以用于模拟地下储层中的流体流动的多尺度方法可被分类成多尺度有限元(MSFE，multi-scale finite-element)方法、混合多尺度有限元(MMSFE， mixed multi-scale finite-element)方法、禾口多尺度有限体积、(MSFV, multi-scale finite-volume)方法。这些方法旨在通过将系数的精细尺度变化并入粗尺度算子中来降低储层模型的复杂性。这类似于以基于有效张量系数的粗尺度描述为目标的升尺度方法； 然而，多尺度方法也允许从粗尺度压力解中重构精细尺度速度场。如果获得通常MMSFE和 MSFV方法可以提供的守恒精细尺度速度场，那么可以将速度场用于在精细网格上求解饱和输运方程。本领域的普通技术人员应该懂得，对于多孔介质中的流动和输运所引起的问题， 守恒速度是输运计算所希望的。这些多尺度方法可被应用于以降低的计算成本来计算近似解。多尺度解可以不同于在精细网格上利用相同标准数值方案计算的参考解。虽然通过两种可分离尺度表征的渗透率场通常随着粗网格细化而收敛，但由于多尺度定域假设所带入的误差，这些方法在缺乏尺度分离的情况下可能不收敛。例如，对于粗单元，在存在诸如几乎不可渗透页岩层的不存在一般性精确定域假设的渗透率对比度高的大相干结构的情况下，多尺度方法所带入的误差通常是显著的。基于精细尺度问题的局部数值解并因此认真对待所提供渗透率场的多尺度方法可被用于推导粗尺度问题的透过率。多尺度结果的质量取决于用于求解局部精细尺度问题的定域条件。以前的方法应用了诸如初始全局精细尺度解的全局信息来增强局部问题的边界条件。然而，这些方法可能无法为相粘度比高、边界条件经常变化或油井速率可变的流体流动问题提供数值。其它方法通过迭代改进了粗尺度算子。例如，自适应局部-全局(ALG， adaptive local-global)升尺度手段基于全局迭代来获得自洽粗网格描述。最近，ALG也被用于在多尺度有限体元方法(ALG-MSFVE)中改进局部边界条件。虽然ALG方法被示出比局部升尺度方法更精确，并且经过许多次迭代导致渐近解，但这些解通常可能不同于标准精细尺度解，并且由ALG引起的误差可能是问题相关的。
技术实现思路
本专利技术提供了模拟各向异性非均勻域的计算机实现的迭代多尺度方法和系统。例如，一种系统和方法可以配置成实现不能作出精确定域假设的结构的模拟。迭代方法和系统通过在空间方向上应用线松驰来促进解场的平滑。迭代平滑过程可以应用在少于所有的计算时步中。作为一个例子，一种系统和方法可以包括创建精细网格、粗网格和对偶粗网格；通过求解局部椭圆问题，在对偶粗网格的对偶粗控制体上计算对偶基函数；在粗网格的每个粗单元上积分椭圆压力方程的源项；以及对于多个时步中的至少一个时步，使用迭代方法来计算压力，其中，在所述至少一个时步中使用迭代方法计算的压力可被用于模拟地下储层中的流体流动。作为另一个例子，提供了用于模拟地下储层中的流体流动的多尺度计算机实现的方法和系统。该系统和方法可以包括创建与地下储层的地质地层相关联的定义多个精细单元的精细网格、具有粗单元之间的界面的定义多个粗单元的粗网格、以及定义多个对偶粗控制体的对偶粗网格，所述粗单元是所述精细单元的集合，所述对偶粗控制体是所述精细单元的集合，并且具有界定所述对偶粗控制体的边界。在本例中，所述基函数能够通过求解局部椭圆问题而在所述对偶粗控制体上计算，并且能够在每个粗单元上积分椭圆压力方程的源项。所述精细网格可以是非结构化网格。对于多个时步中的至少一个时步，所述计算可以包括使用迭代方法来计算压力。 在一个例子中，对于每次迭代，所述迭代方法可以包括将平滑方案应用于来自前一次迭代的在精细网格上的压力解，以便提供平滑精细网格压力；使用所述平滑精细网格压力来计算校正函数；应用包括所述校正函数的限制操作在粗网格上求解压力；以及将拓展操作应用于在粗网格上求解的压力，以便重构精细网格上的压力的更新解。在至少一个时步中使用迭代方法计算的压力可被用于模拟地下储层中的流体流动。在一个例子中，可以重复迭代方法的步骤直到精细网格上的压力解收敛。在另一个例子中，一种系统和方法可以在使用迭代方法来计算压力之前，包括如下步骤通过将值设置成零来初始化精细网格的精细单元中的压力值。精细网格上的压力解可以使用计算的基函数和积分的源项来计算。在又一个例子中，一种系统和方法可以包括在一个时步中以及在局部椭圆问题的迁移率系数的变化超过预定阈值的对偶粗控制体上，重新计算对偶基函数和校正函数。将平滑方案应用于精细网格上的压力解的步骤可以包括应用线松驰平滑操作。应用线松驰平滑操作可以包括将具有三对角结构的线性算子应用于精细网格上的压力解， 以便提供线性方程组；以及使用托马斯(Thomas)算法来求解所述线性方程组。一种系统和方法可以包括输出或显示在至少一个时步中使用迭代方法计算的压力。作为另一个例子，用于模拟地下储层中的流体流动的多尺度计算机实现的方法和系统可以包括在多个时步中使用有限体积法来计算一个模型。所述模型可以包括代表地下储层中的流体流动的一个或多个变量，其中，代表流体流动的一个或多个变量的至少一个响应于计算的基函数。所述计算可以包括通过求解局部椭圆问题，在对偶粗网格的对偶粗控制体上计算基函数；在粗网格的每个粗单元上积分椭圆压力方程的源项；以及对于多个时步中的至少一个时步，使用迭代方法来计算压力。来自包括在至少一个时步中使用迭代方法计算的压力的所计算模型的结果可被用于模拟地下储层中的流体流动。对于每次迭代，所述迭代方法可以包括将平滑方案应用于来自前一次迭代的在精细网格上的压力解，以便提供平滑精细网格压力；使用所述平滑精细网格压力来计算校正函数；使用校正函数在粗网格上求解压力；以及使用在粗网格上求解压力所得的结果来重构在精细网格上的压力解。在一个例子中，所述平滑方案可以包括应用~次平滑步骤， 其中，ns是大于1的正整数。在另一个例子中，在粗网格上求解压力可以包括使用校正函数来计算粗网格上的压力的线性方程组的右侧，以及使用计算的粗网格上的压力的线性方程组的右侧来求解粗网格上的压力。可以重复迭代方法的步骤直到精细网格上的压力解收敛。一种系统和方法可以包括输出或显示包括在至少一个时步中使用迭代方法计算的压力的所计算模型。在另一个例子中，一种系统和方法可以包括在时步中以及在局部椭圆问题的迁移率系数的变化超过预定阈值的对偶粗控制体上，重新计算基函数和校正函数。在另一个例子中，所述系统和方法可以包括在源项超过预定极限的时步中重新计算校正函数。将平滑方案应用于精细网格上的压力解的步骤可以包括应用线松驰平滑操作，其包括将具有三对角结构的线性算子应用于精细网格上的压力解，以便提供本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种用于模拟地下储层中的流体流动的多尺度计算机实现的方法，所述方法包含：创建与地下储层的地质地层相关联的定义多个精细单元的精细网格、具有粗单元之间的界面的定义多个粗单元的粗网格、以及定义多个对偶粗控制体的对偶粗网格，所述粗单元是所述精细单元的集合，所述对偶粗控制体是所述精细单元的集合，并且具有界定所述对偶粗控制体的边界；通过求解局部椭圆问题在所述对偶粗控制体上计算基函数；在每个粗单元上积分椭圆压力方程的源项；以及使用迭代方法来计算压力，对于每次迭代，所述迭代方法包含：（ｉ）将平滑方案应用于来自前一次迭代的在精细网格上的压力解，以便提供平滑精细网格压力；（ｉｉ）使用来自步骤（ｉ）的所述平滑精细网格压力来计算校正函数；（ｉｉｉ）应用包含来自步骤（ｉｉ）的校正函数的限制操作在粗网格上求解压力；以及（ｉｖ）将拓展操作应用于来自步骤（ｉｉｉ）的在粗网格上求解的压力，以便重构精细网格上的压力的更新解；其中，使用迭代方法计算的压力被用于模拟地下储层中的流体流动。

【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：H·哈基贝奇，
申请(专利权)人：雪佛龙美国公司，
类型：发明
国别省市：US