[发明专利]一种水汽油三相渗流相间对流的数值模拟方法

说明书

本发明公开了一种水汽油三相渗流相间对流的数值模拟方法，包括使用伽辽金有限单元法对水汽油三相渗流微分方程进行离散求解；使用八结点单元体确定形函数；通过加权余量积分建立线性代数方程组，对单元离散结点处的代数方程组使用中点增量法迭代求解；依据饱和度为1的条件对可能出现的不收敛解进行修正；针对对流占优引起的数值振荡问题采用重新定义彼克列数法进行修正。本发明考虑对流影响，不但可预测压力水头、水汽油三相的饱和度的变化，模拟结果与实际工程情况更接近，且可大大缩短计算驱替时间，提高了地下水石油污染处理和油藏能源开采效率，对当前地下流体渗流技术分析探究提供了重要的保障。

技术领域

本发明涉及一种水汽油三相渗流相间对流的数值模拟方法，属于地下流体渗流技术领域。

背景技术

在油藏开采过程中，石油物质沿地下水非饱和带横向移动扩散，影响周围地质、水质环境以及人民城市生活用水，甚至会造成重大环境污染与财产损失，因此治理地下水中的石油污染问题刻不容缓。

入渗到地下水质中的石油被认为是一种非水相液体，当石油密度小于水的密度时，油组分无法下潜，其向地下渗透的过程属于多相流渗流。目前在多相流的渗流过程中，各相流体之间会有诸如浓度等物理量的相互影响，体现为对流扩散效应，在传统的数学模拟计算中，对流扩散作用常常被忽略。如各相饱和度差距过大时多相流驱替问题。初始状态为水油二相，在水力驱替下，随着历时持续，最终转化为一相流(水)。油的饱和度接近于零，此时压力梯度下降为次要因素，而其他相引起的对流扩散作用转化为主要因素。在对流扩散过程中由流体质点所携带的某种物理量发生的衰减或增长是多相流的渗流运动后期非常重要的环节，对该问题进一步研究有着实际意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种水汽油三相渗流相间对流的数值模拟方法，解决现有技术中各相饱和度差距过大时多相流驱替的量化解析的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种水汽油三相渗流相间对流的数值模拟方法，其特征在于，包括如下步骤：

使用伽辽金有限单元法对水汽油三相渗流微分方程进行离散求解；

使用八节点单元体确定形函数；

通过加权余量积分建立线性代数方程组，对单元离散节点处的代数方程组使用中点增量法迭代求解；

依据饱和度为1的条件对可能出现的不收敛解进行修正；

针对对流占优引起的数值振荡问题采用重新定义彼克列数法进行修正；所述水汽油三相渗流微分方程为：

式中：φ为多孔介质的孔隙度；t为时间；i为相数；s_i为水汽油三相第i相饱和度；s₁，s₂，s₃分别为水汽油三相的第一相饱和度、第二相饱和度、第三相饱和度；B_i为第i相体积系数，且ρ₀为流体整体密度；ρ_i为第i相流体密度；μ_i为第i相动力粘滞系数；K为绝对渗透率；K_ri为第i相相对渗透率；P_i为第i相所受压力；求解忽略毛细压力作用，即认为P_i＝P，P为作用在多孔介质上的压力；g为重力加速度；H为标高，同时把标高H认为是Z轴上的函数；使用八节点单元体确定形函数的具体方法如下：

以八节点立方体为基本单元，定义各节点的压力Pr与饱和度s₁,s₂,s₃为近似解，N_j为j个线性无关的形函数，表达式如下：