含轻质组分稠油油藏蒸汽注采数值模拟自适应网格法研究
注蒸汽热采稠油是稠油油藏开采的主要方法之一。在含轻质组分稠油油藏注蒸汽热采过程中，油相中的轻质组分可能会发生相变，蒸汽腔内部或界面附近不仅存在温度和饱和度变化剧烈的锋面，还存在各组分摩尔分数变化剧烈的锋面。由于这些锋面处的物理量梯度非常大，从计算精度考虑，在锋面处需要非常精细的网格计算。若对全场划分均匀的网格，则计算耗时将难以承受。为了提高计算效率，将自适应网格法应用到模拟过程中，在物理量梯度大的区域采用细网格、物理量梯度小的区域采用粗网格计算。本文主要研究在应用自适应网格法时出现的若干问题，以及轻质组分的挥发对不同注采方式下注采效率的影响。
为了减少在计算过程中网格取向效应的影响，控制方程组采用九点离散格式。提出九点离散格式下的不同层次网格之间流量和导热量的计算方法，并给出计算边界处的处理方案。
由于自适应网格法在计算过程中需要对物理量进行插值，这给三相区内中主变量选取带来一系列的问题。为此，本文对主变量的选取进行了详细地分析，得出三相区内以Sx，So，X1，p作为主变量更为合适，并从理论及实例上对它进行了解释和验证。
对于自适应网格法中细化准则问题，文中提出根据轻质组分的平均分子量的大小来判断是否需要增加组分摩尔分数的判据:若油藏中轻质组分的平均分子量较低（碳数小于C9）时，组分摩尔分数的锋面和蒸汽锋面大体重合，则可以不需要组分摩尔分数的判据;若油藏中轻质组分的平均分子量较大(C9+)时，轻质组分会在蒸汽腔内部发生聚集，此时必须要增加组分摩尔分数作为网格划分的判据以确保计算精度。
由于蒸汽腔内部轻质组分不断的挥发出来，使得蒸汽腔内轻质组分含量较低，为避免常用插值方法在网格细化插值过程中可能的出现非物理震荡（例如各相组分含量小于0或大于1）现象，本文提出了采用守恒修正的分片线性插值算法，该算法不仅能够满足插值过程中物理量的守恒性，而且能够保证插值网格物理量都属于内插，从而避免了插值方式可能带来的问题。
在上述工作的基础上，采用结构化程序设计编写数值模拟计算程序，并对自适应网格法的计算精度和计算效率进行了验证。结果表明，AMR方法与精细网格解的计算结果在SAGD和蒸汽驱两种注采方式下都非常吻合，而且计算至注采结束时，AMR方法的计算速度都比精细网格解的计算速度快5倍左右，说明AMR方法的计算效率非常高，可以节省了大量的计算时间，具有很好的工程应用价值。
本文利用自适应网格法模拟程序对稠油油藏中轻质组分的挥发作用进行了详细的研究，研究结果表明:
在蒸汽注采过程中，蒸汽腔内挥发出来的轻质组分和水蒸气一起向锋面聚集，从而提高了锋面附近的油相流动能力，而重力作用将会使得轻质组分更易聚集在蒸汽腔上半部的锋面附近。通过数值算例发现，轻质组分的挥发对采油效率的影响与注采方式有关，对蒸汽驱影响较大，而对SAGD影响较小;
当油藏中可挥发的轻质组分的分子量越小或者含量越高时，则轻质组分的挥发使得在蒸汽锋面附近聚集的油相和气相轻质组分含量越高，蒸汽注采的效率也就更高;在蒸汽突破至生产井后，轻质组分的加速流失将无法充分发挥它的溶剂降粘作用，从而不利于稠油的开采。
若仅对油的产量或蒸汽注采效率感兴趣，对于SAGD开采的数值模拟或对轻质组分总体分子量较大(C10+)且含量较低稠油油藏蒸汽驱开采的数值模拟，可以不考虑轻质组分挥发的影响，将计算模型简化为三相二组分模型。
自适应网格法;数值模拟;蒸汽驱;蒸汽辅助重力泄油;分片线性插值;稠油油藏;轻质组分
中国科学技术大学
博士
工程热物理
王晓宏
2012
中文
TE357.44;TE345
115
2013-08-02（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）