專利名稱：低濃度表面活性劑與相態(tài)結(jié)合的三元復(fù)合驅(qū)計(jì)算機(jī)仿真方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于石油開采的計(jì)算機(jī)仿真方法，特別是一種低濃度表面活性劑與相態(tài)相結(jié)合的三元復(fù)合驅(qū)計(jì)算機(jī)仿真方法。
背景技術(shù)：
在未來相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi)，石油、天然氣等仍會(huì)在能源工業(yè)中扮演相當(dāng)重要的作用。世界各國都在千方百計(jì)地勘探、尋找此類能源的新產(chǎn)地，或通過挖潛增加產(chǎn)量、延長老油氣田壽命，尤其對(duì)于石油儲(chǔ)量不太豐富的國家更是如此。我國以大慶油田為例，它經(jīng)過30年(以年產(chǎn)5000萬噸原油的產(chǎn)量)連續(xù)不斷地開采，主力礦區(qū)目前基本上已進(jìn)入高含水后期，但由于(1)大慶油田的油藏是不同時(shí)期、不同規(guī)模、不同類型的河道砂巖交錯(cuò)疊置組成的，無論是成因還是橫向分布狀況都非常復(fù)雜，因而即使在傳統(tǒng)的主采區(qū)，仍有存在著有開采價(jià)值的剩余油區(qū)塊；(2)油層的縱向分布非均勻性嚴(yán)重，在此方向上的油層多達(dá)上百個(gè)，由于技術(shù)上的原因，有些層面尚未開采，尤其是其縱深層更是如此，也就是說在這些層面里也蘊(yùn)藏著一些油藏等待開發(fā)；(3)油田分布面積較大，非均質(zhì)性特別嚴(yán)重，根據(jù)地質(zhì)學(xué)分析，在核心區(qū)周圍還存在著一些“不連續(xù)油藏構(gòu)造”。這說明大慶油田地下現(xiàn)在還埋藏著相當(dāng)數(shù)量的剩余油，但其開采難度卻越來越大，弄清油田剩余油的精細(xì)分布(特別是那些薄差油層、含水油層和位于傳統(tǒng)核心區(qū)周邊地區(qū)的離散分布油藏)非常重要，而能把剩余油開采出來，繼續(xù)確保油田的高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)及可持續(xù)發(fā)展，延緩油田的衰老，把地下油藏變成現(xiàn)實(shí)的能源財(cái)富則非常必要。然而過去許多油田無論是在石油勘探、還是開發(fā)方面，多采用“經(jīng)驗(yàn)-預(yù)測分析-小試-中試”為主的“較為初級(jí)的”科研模式，其中的許多數(shù)據(jù)處理任務(wù)也多以“手工作業(yè)”為主。采用這種方法存在一些缺陷(1)很難給出能準(zhǔn)確、全面描述“地質(zhì)結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜、非均質(zhì)特性嚴(yán)重”這類油田實(shí)際的驅(qū)油體系的數(shù)學(xué)模型；(2)即使能給出簡化的數(shù)學(xué)模型，但建模過程中原始數(shù)據(jù)準(zhǔn)備的工作量非常巨大，求解模型也非常困難，不僅枯燥、耗時(shí)，甚至根本就無法進(jìn)行。所以，用這種研究方法很難避免盲目性，研究的效費(fèi)比也不高，因而很難適應(yīng)象大慶油田這樣的超大型企業(yè)持續(xù)發(fā)展的需要。由于上述兩個(gè)原因，必須采用全新的、能把“人的智慧”與“計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與處理能力”結(jié)合起來、優(yōu)勢(shì)能夠互補(bǔ)的研究方法，例如“計(jì)算機(jī)仿真”方法，來大大提高研究的質(zhì)量，減少石油開采的盲目性，避免造成人力、物力、財(cái)力上的浪費(fèi)。大慶油田從“八五”開始就開展了這方面的研究工作，尤其是三元復(fù)合驅(qū)數(shù)值模擬，并已顯示出了這種方法的良好應(yīng)用前景。但隨著三元復(fù)合驅(qū)技術(shù)的發(fā)展，原有的“數(shù)值仿真軟件”已經(jīng)不適合大規(guī)模的礦場應(yīng)用；1997年，申請(qǐng)人前后分別從加拿大Gcomp公司和美國德州大學(xué)先后引進(jìn)了“ASP(Alkali-Surfactant-Polymer)堿—表活劑—聚合物復(fù)合驅(qū)模型”和“UTCHEM(University Texas Chemistry)三元復(fù)合驅(qū)油軟件”，但是這兩種模型及軟件都是為學(xué)校教學(xué)服務(wù)的，仍然存在一些問題(1)對(duì)稀體系、非相態(tài)驅(qū)油體系模型的描述能力較差，無法滿足油田實(shí)際仿真的需要；(2)對(duì)仿真模型(即非線性微分方程組)的求解方法不穩(wěn)定、計(jì)算速度慢，還經(jīng)常因遇到“奇異矩陣求逆”及“g1、g2、s1、s2代碼出錯(cuò)”等問題，經(jīng)常致使仿真無法正常進(jìn)行；(3)缺乏對(duì)仿真輸入/輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行有效處理(即前后數(shù)據(jù)處理)的數(shù)據(jù)加工程序，以致影響“模型的建立”及對(duì)仿真結(jié)果數(shù)據(jù)的利用；(4)實(shí)用性及商品化程度比較低，應(yīng)用范圍非常有限。針對(duì)ASP及UTCHEM所存在的缺陷，必須進(jìn)行科技創(chuàng)新，發(fā)明一種技術(shù)更加先進(jìn)的三元復(fù)合驅(qū)計(jì)算機(jī)仿真方法，該方法應(yīng)具有“所采用的仿真數(shù)學(xué)模型功能齊全、模型的求解方法先進(jìn)實(shí)用、所得到的仿真結(jié)果對(duì)油田的工業(yè)化開采有重要指導(dǎo)意義以及便于應(yīng)用和普及”等特點(diǎn)，以便為油田的可持續(xù)發(fā)展提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持。
發(fā)明的內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種既能描述稀體系非相態(tài)、又能描述濃體系相態(tài)的功能齊全的計(jì)算機(jī)仿真數(shù)學(xué)模型(非線性微分方程組)及具有強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理能力(前處理)的建模技術(shù)，提供一個(gè)能對(duì)所述模型進(jìn)行快速、高精度、可靠求解計(jì)算的“計(jì)算方法”，以及一種能有效利用所述仿真結(jié)果的數(shù)據(jù)處理(后處理)技術(shù)，以適應(yīng)表面活性劑注入濃度比較低的油田對(duì)三元復(fù)合驅(qū)技術(shù)研究和實(shí)際應(yīng)用的需要，為油田的可持續(xù)發(fā)展提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種低濃度表面活性劑與相態(tài)結(jié)合的三元復(fù)合驅(qū)計(jì)算機(jī)仿真方法，包括主、從計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)仿真軟件包DQCHEM、計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)，主、從計(jì)算機(jī)系統(tǒng)包括一個(gè)位于前臺(tái)的PC計(jì)算機(jī)和位于后臺(tái)的工作站，以及與仿真配套的計(jì)算機(jī)外部設(shè)備，前臺(tái)計(jì)算機(jī)中存放著系統(tǒng)仿真服務(wù)程序SSSP，通過人機(jī)對(duì)話對(duì)仿真任務(wù)進(jìn)行組織及過程控制，后臺(tái)工作站完成仿真過程中的各種數(shù)據(jù)處理及復(fù)雜計(jì)算任務(wù)，其特征是所述的DQCHEM包括復(fù)雜油藏地質(zhì)結(jié)構(gòu)描述軟件CGCDSW、三元復(fù)合驅(qū)體系模型描述及生成軟件ASPEXTMDG、化學(xué)平衡反應(yīng)方程組求解計(jì)算軟件CHEMEQCNT、仿真前后數(shù)據(jù)處理軟件FDEDPSW；所述的ASPEXTMDG既能描述相態(tài)、也能描述非相態(tài)驅(qū)油體系的理化平衡反應(yīng)；用DQCHEM進(jìn)行三元復(fù)合驅(qū)計(jì)算機(jī)仿真，包括如下主要步驟1)啟動(dòng)主、從計(jì)算機(jī)，系統(tǒng)仿真服務(wù)軟件對(duì)系統(tǒng)初始化，待顯示器上顯出人機(jī)對(duì)話菜單后，操作人員鍵入具體仿真命令，由主機(jī)生成仿真控制字SWMCW，并設(shè)置初始迭代時(shí)間步長；2)主機(jī)根據(jù)仿真控制字從數(shù)據(jù)源獲得所論仿真區(qū)塊的實(shí)際油藏地質(zhì)特征、仿真節(jié)點(diǎn)數(shù)、所用驅(qū)油材料在驅(qū)油體系中所占組分、各類鉆井特征及所用驅(qū)油段塞注入程序等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，接著由FDEDPSW之關(guān)鍵字?jǐn)?shù)據(jù)文件輸入軟件、變長度數(shù)組生成軟件、變厚度參數(shù)與死節(jié)點(diǎn)處理軟件對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，形成仿真輸入數(shù)據(jù)流，送至工作站的CHEMEQCNT程序入口處；3)先完成壓力方程系數(shù)矩陣元素的計(jì)算，然后根據(jù)驅(qū)油體系中有無表活劑及其濃度的大小，對(duì)仿真驅(qū)油體系進(jìn)行相態(tài)、非相態(tài)判斷；4)當(dāng)注入到驅(qū)油體系中的表活劑后使臨界膠束濃度CMC≤某一數(shù)值時(shí)，驅(qū)油體系為非相態(tài)，則按下述“關(guān)聯(lián)度建模法”建立該體系的計(jì)算機(jī)仿真數(shù)學(xué)模型；當(dāng)CMC＞某一數(shù)值時(shí)，則直接從5)開始進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真計(jì)算(1)根據(jù)每一口井位的地質(zhì)特性及其不同的地下坐標(biāo)，先把整個(gè)驅(qū)油體系用網(wǎng)格劃分為界面特性各不相同的k個(gè)“子驅(qū)油體系塊”(k＝1、2、3……)，并用k個(gè)子化學(xué)平衡反應(yīng)模型CHEMEQSM(k)對(duì)大系統(tǒng)中的每個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行描述；(2)根據(jù)在實(shí)驗(yàn)室條件下實(shí)測得到的“表活劑、堿、聚合物與界面張力活性關(guān)系圖”，計(jì)算出每個(gè)子區(qū)塊的界面張力等參數(shù)數(shù)據(jù)，作為原始輸入數(shù)據(jù)，經(jīng)SSSP處理形成數(shù)據(jù)流后，送CHEMEQCNT的程序入口，并對(duì)每個(gè)子化學(xué)平衡反應(yīng)模型CHEMEQSM(k)的參數(shù)進(jìn)行賦值；(3)以k為“循環(huán)控制”和“關(guān)聯(lián)控制”變量，按下述步驟依次對(duì)每個(gè)化學(xué)平衡反應(yīng)模型CHEMEQSM(k)進(jìn)行求解計(jì)算及解的關(guān)聯(lián)重組，得出總體采油方案與井工制度；5)在SSSP的監(jiān)控下，先用“仿真輸入數(shù)據(jù)流”對(duì)三元復(fù)合驅(qū)仿真模型ASPEXTMDG中的相對(duì)滲透率、粘度、濃度、飽和度、毛管力等變量賦值，并計(jì)算傳導(dǎo)率、對(duì)流中的濃度項(xiàng)，然后用CHEMEQCNT依次進(jìn)行以下求解計(jì)算(1)根據(jù)壓力方程PRSSUREQ求解相壓力、相流速和井的壓力限制、井的注入和產(chǎn)出速率；(2)根據(jù)物質(zhì)平衡方程MASBLCEQ、濃度方程，求解出各種組分的總濃度、注入的PV數(shù)及采出程度、相比例和井筒產(chǎn)出液的組成；(3)根據(jù)能量守恒方程ENGCSVEQ進(jìn)行化學(xué)平衡計(jì)算，解出新的離子平衡環(huán)境；(4)利用化學(xué)平衡模型計(jì)算有效含鹽量、醇的分配系數(shù)和其它相關(guān)組分的濃度；(5)進(jìn)行“相態(tài)閃蒸計(jì)算”，求解相飽和度和相組成；(6)利用上述結(jié)果計(jì)算界面張力、毛管數(shù)、相剩余飽和度、相對(duì)滲透率、相密度、相粘度、滲透率下降系數(shù)；6)將本次的仿真結(jié)果存儲(chǔ)于專用緩存區(qū)BUFFER的規(guī)定存儲(chǔ)單元CELL(i)中；7)判斷當(dāng)前仿真井的工作狀態(tài)，即根據(jù)其是否完井，或是否已關(guān)井/開井，如已關(guān)井，則依次讀入下一口井的類型及參數(shù)，即注入井、生產(chǎn)井、定壓井、定產(chǎn)井、射孔方向(x，y，z)、井的工作狀態(tài)，和井的運(yùn)行參數(shù)和段塞成分，并計(jì)算下一次迭代所需壓力方程系數(shù)矩陣的元素與迭代時(shí)間步長，經(jīng)動(dòng)態(tài)更新后，執(zhí)行從4)開始的新一輪迭代計(jì)算；
8)以仿真推演時(shí)間變量T是否達(dá)到設(shè)定的最大值Tmax為判據(jù)，判斷要否繼續(xù)-進(jìn)行仿真，如需繼續(xù)迭代，則更新時(shí)間變量后執(zhí)行從2)開始的循環(huán)，直到迭代計(jì)算結(jié)果滿足仿真要求；9)用FDEDPSW對(duì)暫存于BUFFER之CELL(i)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)果處理，生成“三元復(fù)合驅(qū)采油綜合工藝文件”，然后以多種媒體的形式輸出對(duì)比結(jié)果。
用所述的三元復(fù)合驅(qū)仿真模型ASPEXTMDG的求解計(jì)算軟件CHEMEQCNT求解非線性微分方程時(shí)，可視情況分別采用如下方法編制相應(yīng)的求解軟件1)在用Newton法求解非線性方程組時(shí)，如此類方程組的F′(x)計(jì)算非常復(fù)雜但總是滿秩矩陣，可用簡化Newton法求解此類非線性方程組，即使用同一個(gè)矩陣F′(x)連續(xù)迭代m次然后再更新其矩陣元素；2)當(dāng)求解相態(tài)驅(qū)油體系模型時(shí)，可利用顯式解法(IMPEC)求解濃度方程，用閃蒸法計(jì)算相飽和度和相組成，但在求解模型時(shí)若碰到F′(x*)奇異的情形時(shí)，就在參數(shù)ω的收斂區(qū)間0＜ω＜2內(nèi)，適當(dāng)選擇參數(shù)ω的值，并且根據(jù)求解精度及迭代時(shí)間的要求，采用“變步長技術(shù)”選擇適當(dāng)?shù)牡鷷r(shí)間步長，然后再用最小二乘法求解，避開“矩陣F′(x*)的奇異”問題，以使方程求解順利而快速的進(jìn)行；3)當(dāng)需要求解非相態(tài)驅(qū)油體系模型時(shí)，可利用顯式法(IMPEC)求解濃度方程、隱式法求解壓力方程，或用等效拆分全隱式方法求解非相態(tài)驅(qū)油體系模型，其要領(lǐng)和具體過程是假定對(duì)仿真區(qū)塊劃分網(wǎng)格時(shí)符合笛卡爾坐標(biāo)離散條件，將總濃度的求解公式轉(zhuǎn)化為近似求解“分相組分”濃度的相關(guān)表達(dá)式，求出n+r(0＜r＜1)時(shí)刻對(duì)流方程的解后，再利用n+r時(shí)刻的對(duì)流方程解，求出n+1時(shí)刻擴(kuò)散方程解。
所述的FDEDPSW包括輸入數(shù)據(jù)前處理軟件FDPSW，計(jì)算結(jié)果后處理及顯示軟件EDPSW，其中FDPSW包括關(guān)鍵字?jǐn)?shù)據(jù)文件輸入軟件、變長度數(shù)組生成軟件、變厚度參數(shù)與死節(jié)點(diǎn)處理軟件，EDPSW包括一維曲線圖、二維色彩圖、三維立體圖生成軟件；1)用所述的FDPSW對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理的方法是(1)先將輸入數(shù)據(jù)文件按類型分成“題頭注釋和油藏?cái)?shù)據(jù)、輸出選件信息、油藏性質(zhì)、一般物理性質(zhì)數(shù)據(jù)、地質(zhì)化學(xué)反應(yīng)劑的物化參數(shù)、生物降解數(shù)據(jù)、井?dāng)?shù)據(jù)”七個(gè)向量數(shù)組，每個(gè)向量數(shù)組設(shè)一關(guān)鍵字，然后對(duì)關(guān)鍵字進(jìn)行排序；(2)根據(jù)對(duì)關(guān)鍵字的排序結(jié)果，依次把與關(guān)鍵字對(duì)應(yīng)的、字長各不相同的向量數(shù)組里的數(shù)據(jù)，自動(dòng)寫入到“容量動(dòng)態(tài)可變的數(shù)據(jù)暫存區(qū)”中，并標(biāo)出各向量數(shù)組在所述存儲(chǔ)區(qū)中的其起始地址；(3)將帶有“關(guān)鍵字”和“地址指針”標(biāo)志且暫存于“數(shù)據(jù)暫存區(qū)”中原始基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，按地址指針進(jìn)行連接，生成一個(gè)帶有所述標(biāo)志的一維大數(shù)組，然后以數(shù)據(jù)流的形式把它送至后臺(tái)工作站的CHEMEQCNT程序入口處；(4)將帶有“關(guān)鍵字”和“地址指針”標(biāo)志的一維大數(shù)組，按標(biāo)志分解成與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的向量數(shù)組，對(duì)相關(guān)數(shù)學(xué)模型的參數(shù)賦值后，用CHEMEQCNT正式進(jìn)行仿真計(jì)算；2)用所述的EDPSW對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行處理的方法是(1)用VC++中的類CcurveView、CtwoView、CcubeView，將暫存于BUFFER中的數(shù)據(jù)分別繪制成一維曲線圖、二維色彩圖、三維立體圖，以便給出全井及單井的注入量、產(chǎn)液量、產(chǎn)水量、產(chǎn)油量等與時(shí)間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，或把二維截面上的數(shù)據(jù)顯示為平面彩色圖和等值線圖，把三維數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為可隨意旋轉(zhuǎn)的三維立體圖形，以便更直觀的顯示仿真結(jié)果；(2)將暫存于BUFFER中的“仿真結(jié)果數(shù)據(jù)”和“三元復(fù)合驅(qū)采油實(shí)驗(yàn)區(qū)所用采油工藝”數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合對(duì)比，生成“三元復(fù)合驅(qū)段塞注入程序及井工作制度文件”；(3)保存經(jīng)EDPSW處理后的出的結(jié)果，然后或在終端設(shè)備上打印、顯示處理結(jié)果，或通過網(wǎng)絡(luò)化仿真服務(wù)軟件，將處理結(jié)果送局域網(wǎng)上，供注冊(cè)用戶觀看、查閱。


圖1是本發(fā)明的總體組成示意方框圖；圖2是本發(fā)明的仿真過程流程圖；圖3是杏二西區(qū)塊仿真結(jié)果與實(shí)際驅(qū)采結(jié)果間的擬合對(duì)比曲線；具體實(shí)施例鑒于本發(fā)明涉及的技術(shù)層面非常廣，既要交代與實(shí)現(xiàn)等計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)直接相關(guān)的“仿真數(shù)學(xué)模型及其建立、計(jì)算方法、程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)”等，還要介紹不同“驅(qū)油體系”的“驅(qū)油機(jī)理”，可以說是多個(gè)學(xué)科的交叉。注意到大慶油田的油藏地質(zhì)結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜的實(shí)際，必須用一系列非線性微分方程(化學(xué)平衡反應(yīng)方程)描述所論“驅(qū)油體系”，才能切合油田的實(shí)際。這樣一來，尋求速度快、精度高、運(yùn)行可靠的“非線性微分方程(或方程組)”的求解方法，就成為本發(fā)明必須解決的技術(shù)關(guān)鍵。在介紹實(shí)施例時(shí)只講具體的方法、步驟，就不容易深刻理解本發(fā)明，而如果在講方法、步驟的同時(shí)混雜著也講仿真模型、驅(qū)油機(jī)理、計(jì)算方法甚至具體程序，那就使人很難抓住要領(lǐng)。因而集中介紹一下本發(fā)明所用的仿真數(shù)學(xué)模型、驅(qū)油機(jī)理、計(jì)算方法、程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，然后再結(jié)合實(shí)施例，集中介紹三元復(fù)合驅(qū)計(jì)算機(jī)仿真的具體方法。
1、本發(fā)明的組成及各部分的作用本發(fā)明的技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)是適合油田實(shí)際的“三元復(fù)合驅(qū)計(jì)算機(jī)仿真模型建立”及“非線性微分方程的求解方法和計(jì)算機(jī)程序的研制”。為了解決這些關(guān)鍵技術(shù)，必須靠硬件和軟件相互協(xié)調(diào)才能實(shí)現(xiàn)，圖1給出了本發(fā)明的總體組成方框圖。從圖中可以看出硬件部分包括主、從計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，配套的計(jì)算機(jī)外部設(shè)備(多功能顯示器、人機(jī)對(duì)話工具組)等，軟件部分指的是“三元復(fù)合驅(qū)計(jì)算機(jī)仿真軟件包DQCHEM”，它包括復(fù)雜油藏地質(zhì)結(jié)構(gòu)描述軟件CGCDSW、三元復(fù)合驅(qū)仿真模型自動(dòng)生成軟件ASPEXTMDG、化學(xué)平衡反應(yīng)方程組即“三元復(fù)合驅(qū)仿真模型”求解計(jì)算軟件CHEMEQCNT，以及仿真服務(wù)與仿真前后數(shù)據(jù)處理軟件SSSP & FDEDPSW。所述的主、從計(jì)算機(jī)系統(tǒng)包括一個(gè)位于前臺(tái)的PC微型計(jì)算機(jī)和位于后臺(tái)的計(jì)算機(jī)工作站W(wǎng)S，前臺(tái)計(jì)算機(jī)中存放著系統(tǒng)仿真服務(wù)程序SSSP，通過人機(jī)對(duì)話對(duì)仿真任務(wù)進(jìn)行組織及過程控制，后臺(tái)工作站存放著仿真模型生成、模型求解以及仿真數(shù)據(jù)處理軟件等，完成仿真過程中的各種數(shù)據(jù)處理及模型求解等復(fù)雜計(jì)算任務(wù)；主機(jī)通過調(diào)用SSSP及其網(wǎng)絡(luò)化仿真服務(wù)子程，產(chǎn)生“仿真工作模式控制字SWMCW”，然后在SSSP組織及控制協(xié)調(diào)下，最終由后臺(tái)工作站完成仿真過程中的化學(xué)平衡反應(yīng)方程的求解計(jì)算與各種數(shù)據(jù)處理任務(wù)。
2、關(guān)于系統(tǒng)仿真服務(wù)程序SSSP系統(tǒng)仿真服務(wù)軟件SSSP在“仿真任務(wù)的組織及過程控制”方面具有重要作用，SSSP的作用是(1)通過對(duì)人機(jī)對(duì)話工具狀態(tài)的識(shí)別生成任務(wù)控制字；(2)根據(jù)任務(wù)控制字選擇輸入數(shù)據(jù)的來向和輸出數(shù)據(jù)的流向；(3)對(duì)整個(gè)仿真過程進(jìn)行控制協(xié)調(diào)。為了完成這些任務(wù)，它必須具有多重中斷響應(yīng)控制子程序、人機(jī)對(duì)話界面生成子程序、數(shù)據(jù)處理作業(yè)控制子程序、仿真過程監(jiān)控子程序、網(wǎng)絡(luò)化仿真服務(wù)子程序等，才能從技術(shù)上保證仿真工作的正常進(jìn)行。雖然多重中斷響應(yīng)控制子程序、人機(jī)對(duì)話界面生成子程序、仿真過程監(jiān)控子程序很重要，但人們比較熟悉，故不贅述，下面重點(diǎn)介紹其中的網(wǎng)絡(luò)化仿真服務(wù)子程序和數(shù)據(jù)處理作業(yè)子程序。
2.1網(wǎng)絡(luò)化仿真服務(wù)子程該程序是用以控制輸入/輸出數(shù)據(jù)的流向、進(jìn)而確定是單站獨(dú)立仿真，還是組網(wǎng)仿真的，其核心部件是兩個(gè)獨(dú)立的、受前臺(tái)計(jì)算機(jī)控制的“單刀雙擲數(shù)據(jù)選擇軟件開關(guān)”。根據(jù)仿真數(shù)據(jù)輸入/輸出方式的不同，可給出四種仿真工作模式控制字(SWMCW＝00、01、11、10)，然后“數(shù)據(jù)選擇軟件開關(guān)”根據(jù)工作模式控制字的狀態(tài)，通過切換決定輸入/輸出數(shù)據(jù)的來/去向，從而得出四種仿真服務(wù)模式“00”輸入數(shù)據(jù)由本地提供——輸出數(shù)據(jù)提供給本地；“01”輸入數(shù)據(jù)由本地提供——輸出數(shù)據(jù)提供給局域網(wǎng)；“10”輸入數(shù)據(jù)由局域網(wǎng)提供——輸出數(shù)據(jù)提供給本地；“11”輸入數(shù)據(jù)由局域網(wǎng)提供——輸出數(shù)據(jù)提供給局域網(wǎng)；2.2數(shù)據(jù)處理作業(yè)子程序該程序是為仿真準(zhǔn)備初始數(shù)據(jù)，對(duì)仿真所得結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，以減少仿真過程中的出錯(cuò)率，提高仿真效率、進(jìn)而拓展仿真結(jié)果的利用率而專門開發(fā)的一個(gè)仿真前后數(shù)據(jù)處理軟件FDEDPSW(也可稱為數(shù)據(jù)加工軟件)。FDEDPSW包括輸入數(shù)據(jù)前處理軟件FDPSW，計(jì)算結(jié)果后處理及顯示軟件EDPSW，其中FDPSW包括關(guān)鍵字?jǐn)?shù)據(jù)文件輸入軟件、變長度數(shù)組生成軟件、變厚度參數(shù)與死節(jié)點(diǎn)處理軟件，EDPSW包括一維曲線圖、二維色彩圖、三維立體圖生成軟件。
在本發(fā)明以前的計(jì)算機(jī)仿真時(shí)，大多數(shù)方法(包括UTCHEM)輸入給“化學(xué)反應(yīng)方程的求解軟件”的信息也是數(shù)據(jù)流，但由于這些數(shù)據(jù)流的生成和輸入方式都比較落后(大多采用“固定格式的順序輸入法”；由于這種方法對(duì)“數(shù)據(jù)行”和“行中數(shù)據(jù)之間的順序”要求非常嚴(yán)格，而且用戶準(zhǔn)備這些參數(shù)的工作量非常巨大，稍一疏忽就容易出錯(cuò))，因此在DQCHEM模型中，我們采取了關(guān)鍵字的輸入格式。由于化學(xué)驅(qū)油仿真不僅要用到數(shù)個(gè)專業(yè)的知識(shí)(非其它類型的油藏仿真所能比)，而且要和各種類型的輸入數(shù)據(jù)(參數(shù)數(shù)目眾多)打交道，因此關(guān)鍵字輸入的難點(diǎn)在于設(shè)計(jì)。在我們研發(fā)的DQCHEM模型中，設(shè)計(jì)“關(guān)鍵字輸入文件”的方法是將原始數(shù)據(jù)先分成七組(題頭注釋和油藏?cái)?shù)據(jù)、輸出選件信息、油藏性質(zhì)、一般物理性質(zhì)數(shù)據(jù)、地質(zhì)化學(xué)反應(yīng)劑的物化參數(shù)、生物降解數(shù)據(jù)、井?dāng)?shù)據(jù))，每組數(shù)據(jù)都設(shè)一“關(guān)鍵字”(經(jīng)統(tǒng)計(jì)，這里所用的關(guān)鍵字多達(dá)400多個(gè))，這就大大方便了用戶的使用。但是，僅用關(guān)鍵字還有缺點(diǎn)，即它的所有數(shù)組長度都是固定的，一旦我們計(jì)算具有不同網(wǎng)格結(jié)構(gòu)和不同組分的驅(qū)油體系的化學(xué)反應(yīng)時(shí)，固定長度的數(shù)組就放不下這些數(shù)據(jù)，所以就必須重新定義數(shù)據(jù)的字長、修改數(shù)據(jù)處理源程序、以及重新對(duì)程序進(jìn)行編譯鏈接才能適應(yīng)新情況，使用起來很不方便。為此，我們決定研發(fā)新的仿真模型DQCHEM，設(shè)計(jì)新的數(shù)據(jù)格式。開始采用的是公用塊結(jié)構(gòu)(模型使用了100多個(gè)公用塊)，這種方法的缺點(diǎn)是1)主程序可能會(huì)遺漏某些公共塊；2)出現(xiàn)數(shù)據(jù)塊重名現(xiàn)象，以致無法對(duì)模型進(jìn)行順利求解；3)某些公用塊太短，只有一兩個(gè)元素，使用很不規(guī)范。我們?cè)诮QCHEM模型時(shí)，一是借用“一維大數(shù)組”的設(shè)計(jì)思想，并用數(shù)組指針的辦法為每個(gè)小數(shù)組分配存儲(chǔ)位置，從而精簡了一些多余的公用塊，有效地避免了公用快的遺漏和重名；二是采用Fortran新版本所提供的直接分配數(shù)組空間的功能，為關(guān)鍵字?jǐn)?shù)據(jù)文件動(dòng)態(tài)設(shè)置“子數(shù)組”的邊界值(需要多大的數(shù)組就開多大的數(shù)據(jù)長度)，最佳地使用計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)資源。實(shí)踐證明這種辦法直觀，可讀性好，不易出錯(cuò)。
在仿真時(shí)還經(jīng)常會(huì)碰到對(duì)厚度不同的油藏地質(zhì)結(jié)構(gòu)區(qū)塊(非均勻性非常劇烈的不連續(xù)油藏地質(zhì)區(qū)塊)的仿真問題，這自然要求數(shù)據(jù)輸入軟件有對(duì)這類結(jié)構(gòu)的描述能力。本數(shù)值仿真模型DQCHEM允許用兩種格式輸入油層垂向厚度①如果層間厚度相等，則只需輸入一個(gè)厚度常數(shù)；②層間厚度不等，需要輸入N個(gè)厚度常數(shù)，N≤NZ。對(duì)第二種情況，盡管層間厚度可以不等，但對(duì)每一層來說，如各網(wǎng)格的厚度都一樣，這顯然不能準(zhǔn)確地描述實(shí)際的油藏構(gòu)造。我們?cè)黾拥谌N厚度數(shù)據(jù)輸入格式——變厚度輸入格式。對(duì)于一個(gè)垂向被劃分為NX*NY*NZ個(gè)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的油藏，X方向及Y方向尺寸按UTCHEM原始方法輸入數(shù)據(jù)，Z方向輸入NX*NY*NZ個(gè)厚度數(shù)據(jù)，即每一個(gè)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)就可以有對(duì)應(yīng)的厚度值；為處理“死節(jié)點(diǎn)”問題，我們?cè)谳斎霐?shù)據(jù)格式中還特地增加了相應(yīng)的關(guān)鍵字，定義一個(gè)與網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)數(shù)等長的整型數(shù)組NKN(NX*NY*NZ)。在模型的初始化階段，對(duì)該數(shù)組的所有元素賦初值為1。當(dāng)要仿真的實(shí)際油藏需要處理死節(jié)點(diǎn)時(shí)，就從數(shù)據(jù)文件中讀取死節(jié)點(diǎn)標(biāo)記即讀入一個(gè)長度為NX*NY*NZ的整型數(shù)組，賦給數(shù)組NKN。數(shù)組元素為1表示正常節(jié)點(diǎn)，為0表示死節(jié)點(diǎn)。數(shù)據(jù)文件中，代表死節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)由油藏描述人員給出，或者由油田的數(shù)據(jù)文件編制人員根據(jù)油層的實(shí)際情況給出。以上就是處理非均勻油藏地質(zhì)結(jié)構(gòu)的輸入數(shù)據(jù)時(shí)的編程思想，即“變厚度參數(shù)與死節(jié)點(diǎn)處理軟件”的編制方法。
根據(jù)上述設(shè)計(jì)思路，用FDPSW對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理的方法是1)先判斷輸入油藏地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征數(shù)據(jù)時(shí)有無變厚度參數(shù)和死節(jié)點(diǎn)問題，如有，就先按上述方法處理“厚度參數(shù)和死節(jié)點(diǎn)”問題，接著再按下述方法處理；2)將輸入數(shù)據(jù)文件按類型分成“題頭注釋和油藏?cái)?shù)據(jù)、輸出選件信息、油藏性質(zhì)、一般物理性質(zhì)數(shù)據(jù)、地質(zhì)化學(xué)反應(yīng)劑的物化參數(shù)、生物降解數(shù)據(jù)、井?dāng)?shù)據(jù)”七個(gè)向量數(shù)組，每個(gè)向量數(shù)組設(shè)一關(guān)鍵字，然后對(duì)關(guān)鍵字進(jìn)行排序；3)根據(jù)對(duì)關(guān)鍵字的排序結(jié)果，依次把與關(guān)鍵字對(duì)應(yīng)的、字長各不相同的向量數(shù)組里的數(shù)據(jù)，自動(dòng)寫入到“容量動(dòng)態(tài)可變的數(shù)據(jù)暫存區(qū)”中，并標(biāo)出各向量數(shù)組在所述存儲(chǔ)區(qū)中的其起始地址；4)將帶有“關(guān)鍵字”和“地址指針”標(biāo)志且暫存于“數(shù)據(jù)暫存區(qū)”中原始基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，按地址指針進(jìn)行連接，生成一個(gè)帶有所述標(biāo)志的一維大數(shù)組，然后以數(shù)據(jù)流的形式把它送至后臺(tái)工作站的CHEMEQCNT程序入口處；5)將帶有“關(guān)鍵字”和“地址指針”標(biāo)志的一維大數(shù)組，按標(biāo)志分解成與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的向量數(shù)組，對(duì)相關(guān)數(shù)學(xué)模型的參數(shù)賦值后，用CHEMEQCNT正式進(jìn)行仿真計(jì)算；上述方法就是所述的“關(guān)鍵字輸入法”、“變長度數(shù)組生成法”、“變厚度參數(shù)與死節(jié)點(diǎn)處理方法”，實(shí)際上也就是編程實(shí)現(xiàn)的具體技術(shù)。
用EDPSW對(duì)CHEMEQCNT的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行處理的方法是1)用VC++中的類CcurveView、CtwoView、CcubeView，將暫存于BUFFER中的數(shù)據(jù)分別繪制成一維曲線圖、二維色彩圖、三維立體圖；2)將暫存于BUFFER中的“仿真結(jié)果數(shù)據(jù)”和“三元復(fù)合驅(qū)采油實(shí)驗(yàn)區(qū)所用采油工藝”數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合對(duì)比，生成“三元復(fù)合驅(qū)段塞注入程序及井工作制度文件”；3)保存經(jīng)EDPSW處理后得出的結(jié)果(如果需要，也可把一維曲線圖轉(zhuǎn)換成EXCEL電子表格的形式，直觀地給出全井及單井的注入量、產(chǎn)液量、產(chǎn)水量、產(chǎn)油量等與時(shí)間的對(duì)應(yīng)關(guān)系及驅(qū)油段塞注入程序；也可從二維色彩圖的數(shù)據(jù)中提取出等值線圖數(shù)據(jù)，把三維數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為可隨意旋轉(zhuǎn)的三維立體圖形)，然后或在終端設(shè)備上打印、直觀顯示處理結(jié)果，或通過網(wǎng)絡(luò)化仿真服務(wù)軟件，將處理結(jié)果送局域網(wǎng)上，供注冊(cè)用戶觀看、查閱，以便共享資源。
2.3仿真過程監(jiān)控子程序在SSSP中設(shè)有仿真過程監(jiān)控子程序，一方面用來協(xié)助仿真計(jì)算的正常進(jìn)行，再者，當(dāng)仿真過程中出現(xiàn)問題時(shí)，向操作人員發(fā)出提示信息。雖然本程序很重要，但由于它的功能比較簡單，也不是要重點(diǎn)保護(hù)的內(nèi)容，只是為了內(nèi)容的完整在此稍提一下，以便全面地了解整個(gè)仿真過程。
3、三元復(fù)合驅(qū)計(jì)算機(jī)仿真模型介紹與驅(qū)油機(jī)理描述要進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真，必須有仿真的數(shù)學(xué)模型。本發(fā)明給出的“三元復(fù)合驅(qū)計(jì)算機(jī)仿真數(shù)學(xué)模型DQCHEM”，對(duì)相態(tài)類型、驅(qū)油機(jī)理(表面活性劑驅(qū)、堿驅(qū)、聚合物驅(qū)等)的描述都比較全面；在對(duì)相態(tài)類型描述方面，模型既考慮到濃體系相態(tài)、也考慮到稀體系非相態(tài)，即它除考慮水相、油相、微乳液相外，對(duì)對(duì)堿、聚合物和表面活性劑的功能及它們之間的關(guān)系，也都給以了充分描述；此外它對(duì)示蹤劑、凝膠等功能的描述也較為成功，因而本模型既適用于由“高濃度表面活性劑”所生成的相態(tài)“驅(qū)油體系”、也適用于由“低濃度表面活性劑”所生成的非相態(tài)“驅(qū)油體系”之情況，真正做到了相態(tài)與非相態(tài)的結(jié)合，因而適應(yīng)范圍更廣；該模型對(duì)驅(qū)油機(jī)理的描述也非常全面，無論“驅(qū)油體系”處在什么狀態(tài)(相態(tài)、非相態(tài))，都可把驅(qū)油機(jī)理描述成在驅(qū)油過程中降低油水兩相之間的界面張力，進(jìn)而降低毛細(xì)管力對(duì)油的捕集作用，使被驅(qū)替過的油層剩余油飽和度降低，滲透能力提高。
3.1三元復(fù)合驅(qū)計(jì)算機(jī)仿真所用的基本仿真數(shù)學(xué)模型本發(fā)明所研究的對(duì)象，是一個(gè)涉及到相互間可發(fā)生復(fù)雜物化反應(yīng)的、由“地下水、地下原油、注入水、注入表面活性劑、巖石、堿等多種物質(zhì)”所構(gòu)成的化學(xué)反應(yīng)體系，這一化學(xué)平衡體系不但是一個(gè)嚴(yán)重的非線性系統(tǒng)，同時(shí)組分濃度之間的變化差異十分巨大。本發(fā)明所用的基本仿真數(shù)學(xué)模型DQCHEM，就是以“流體力學(xué)、物理化學(xué)、聚合物流變學(xué)”之“三大方程(即物質(zhì)平衡方程MASBLCEQ、能量守恒方程ENGCSVEQ、壓力方程PRSSUREQ)”為依據(jù)，由“非線性微分方程組”確定的油田實(shí)際油藏地質(zhì)結(jié)構(gòu)、所用驅(qū)油材料以及由它們所形成的“液態(tài)驅(qū)油體系”和體系中原油的滲出特性(油水兩相之間的界面張力、毛細(xì)管力對(duì)油的捕集力、油層剩余油飽和度等)等參量之間的相互制約關(guān)系。
(1)物質(zhì)平衡方程MASBLCEQ根據(jù)達(dá)西定律，K組分質(zhì)量連續(xù)性可根據(jù)單位孔隙體積 中k組分的總體積表達(dá)式為∂∂t(φC~k·ρk)+▿[Σi=1npρk(Ckl·U‾-D~kl)]=Rk------(A.1-1)]]>式中，單位孔隙體積k組分的總孔隙體積為包括吸附相的所有相之和。
C~k=[1-Σk=1ncv·C^k]Σk=1ncvSl·C^kl+Ck,k=1,2,···,nc-----(A.1-2)]]>其中ncv，占體積組分總數(shù)，這些組分為水、油、表活劑、空氣；np為相數(shù)； k組分吸附濃度；ρk，純k組分在參考?jí)毫?1atm)下的密度，Sl為相態(tài)飽和度。
這里，輸入?yún)?shù)為ncv、np、ρk、φ、Ckl、Sl為輸入變量，U、Dkl為滲流力學(xué)中的達(dá)西定律及數(shù)學(xué)離散表達(dá)式， 為中間變量(見公式B.1.1-1)。在進(jìn)行數(shù)值仿真計(jì)算時(shí)，首先在數(shù)據(jù)流中給出實(shí)際區(qū)塊的上述輸入?yún)?shù)，再根據(jù)達(dá)西定律及離散數(shù)學(xué)表達(dá)式，通過中間變量的結(jié)果，計(jì)算出達(dá)到一定迭代精度的組分濃度的數(shù)值結(jié)果。
(2)能量守恒方程ENGCSVEQ假設(shè)能量僅為溫度的函數(shù)且油相或液相中能量僅以對(duì)流和熱傳導(dǎo)方式進(jìn)行，則能量守恒方程可推導(dǎo)為∂∂t[(1-φ)ρs·Cvs+φΣl=1npρl·Sl·Cvl]T+▿[Σl=1npρl·Cpl·UlT-λT▿T]=qH-Q-----(A.1-3)]]>式中T，油藏溫度；Cvs、Cvl為固體和相1在恒定體積下的熱容量；λT為熱傳導(dǎo)率；qH為單位體積焓源項(xiàng)；Q1為向上下蓋層及固體中的熱損失；(3)壓力方程PRSSUREQ根據(jù)參考相(即水相)壓力，壓力方程可表述為φCt∂P1∂t=▿K‾‾·λrTc·▿P1=-▿Σl=1npK‾‾·λrlc·▿h+▿·Σl=1npK‾‾·λrlc·▿Pcl1+Σk=1ncvQk]]>(A.1-4)式中λrlc=krlμl·Σk=1ncvρk·Ckl,]]>λrTc=Σl=1npλrlc;]]>Ct，總壓縮系數(shù)； 彌散張量。
借助這三大方程，原則上就可對(duì)“驅(qū)油體系”中的三個(gè)液相(水、油、微乳液，其中微乳液相一般取決于相環(huán)境中各組分相對(duì)量和有效電解質(zhì)濃度或含鹽度)進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真了。
3.2對(duì)驅(qū)油的機(jī)理的數(shù)學(xué)描述由“表活劑”生成的“液態(tài)驅(qū)油體系”中有三個(gè)液相(水相、油相、微乳液相)，其他情況(如堿驅(qū))可視為“表活劑驅(qū)”的的特例，所以這里我們主要用數(shù)學(xué)描述(即解析式)對(duì)“表面活性劑的驅(qū)油機(jī)理”及“驅(qū)油過程中相關(guān)參量的計(jì)算方法”進(jìn)行說明。
3.2.1表面活性劑驅(qū)的物化機(jī)理表面活性劑的主要驅(qū)油(物化)機(jī)理是在驅(qū)油過程中降低油水兩相之間的界面張力，降低毛細(xì)管力對(duì)油的捕集作用，使被表面活性劑溶液驅(qū)替過的油層剩余油飽和度降低，表面活性劑驅(qū)油作用的過程為表面活性劑、水和油所組成的體系首先根據(jù)體系環(huán)境的有效含鹽量變化情況形成不同類型的相態(tài)，不同類型的相態(tài)組成決定了體系中相之間的界面張力，然后由界面張力確定了反應(yīng)粘滯力作用效果的毛管數(shù)，毛管數(shù)的高低影響各相剩余飽和度的大小，最終使相之間的相對(duì)滲透能力發(fā)生了變化，進(jìn)而導(dǎo)致所有相飽和度同時(shí)降低，流動(dòng)能力相對(duì)提高。當(dāng)驅(qū)油體系中表面活性劑濃度比較低時(shí)，體系就不會(huì)出現(xiàn)相的變化，整個(gè)體系也僅由油水兩相組成，我們稱這種體系為非相態(tài)稀體系；非相態(tài)稀體系三元復(fù)合驅(qū)的驅(qū)油機(jī)理是通過表面活性劑、堿、油、和水之間的協(xié)同效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)的。
1)吸附的表征方法通常使用langmuir型吸附等溫式來描述表面活性劑的吸附現(xiàn)象。表活劑吸附濃度可由下式給出C^k=min[C~k·αk(C‾k-C^k)1+bk(C~k-C^k)]---k=3,4----(B1-1)]]>吸附計(jì)算中的濃度是被水歸一化的濃度，上述取最小值是為了保證吸附濃度隨有效鹽度呈線性增加，隨滲透率增加而降低。
2)相態(tài)的表征表活劑/油/水的相態(tài)理論主要考慮五種占體積組分(油、水、表活劑和兩種醇)在溶液中形成三種擬組分的問題。如果沒有醇，則僅仿真三種組分，通常被做成三角圖。含鹽度和二價(jià)離子濃度強(qiáng)烈地影響相態(tài)，在低鹽度時(shí)，富油相基本上是純油，微乳液相包括水和電解質(zhì)、表活劑及一些溶劑油，這種相環(huán)境類型被稱為Winsor I型或II(-)型。另外，如果表活劑濃度低于CMC，則兩相為液相，包含所有表活劑、電解質(zhì)及溶劑油和純富油相，上述情況為低鹽度時(shí)；對(duì)于高鹽度，存在一富水相和包含了大部分表活劑、原油及一些溶解水的微乳液，這種相環(huán)境類型被稱為WinsorII型或II(+)型；而II(-)和II(+)之間的相則被叫做第三相(WinsorIII)，這些相包含富集油相、富集水相和微乳液相。
當(dāng)繪制雙結(jié)點(diǎn)曲線和褶點(diǎn)線后，表活劑/油/水相態(tài)可表達(dá)為含鹽度的函數(shù)，圖2-1也給出了隨著含鹽量的增加相態(tài)變歷的類型。當(dāng)有兩種相態(tài)或三種相態(tài)存在的情況下，計(jì)算方法分別如下(1)兩相相態(tài)對(duì)于II(-)型，可由雙結(jié)點(diǎn)曲線方程給出C3lC2l=A·[C3lC1l]B---l=1,2,3--------(B1-2)]]>式中A、B為經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，Ckl為l相中k組分的濃度。
對(duì)于II(-)和II(+)的平衡相，可由褶點(diǎn)線方程給出C3lC2l=E·[C3lC1l]F---l=1,2------(B1-3)]]>式中l(wèi)＝1，2分別為II(-)和II(+)型相態(tài)，在缺少褶點(diǎn)線數(shù)據(jù)時(shí)，F(xiàn)＝-1/B；對(duì)于對(duì)稱雙結(jié)點(diǎn)曲線B＝-1時(shí)，F(xiàn)＝1；因此
E=C1pC2p=1-C2p-C3pC2p------(B1-4)]]>式中Ckp為褶點(diǎn)處組分k的濃度，對(duì)II(-)和II(+)型的相環(huán)境均為輸入值。
(2)三相相態(tài)III型三相區(qū)相組成計(jì)算中，可簡單假設(shè)富集油相和液相為單一線組成，微乳液相組成可由恒定不變點(diǎn)M的坐標(biāo)確定，計(jì)算如下 式中CSE為體系的含鹽量，CSEL是三相區(qū)開始形成的有效含鹽量的下限，CSEU為三相區(qū)消失時(shí)對(duì)應(yīng)的有效含鹽量上限。
3)相飽和度存在表活劑的油層相飽和度可通過相濃度、總組分濃度和約束條件確定，因此，此時(shí)的相環(huán)境和相組成均已知道。總組分濃度和飽和度約束條件為 滲流層中相飽和度(存在三相)可通過總組分濃度和飽和度約束條件確定S2=C2-C11-C21·S1=C11-C11,S3=1-S1-S2------(B1-7)]]>4)界面張力在DQCHEM模型中，計(jì)算微乳液/水和微乳液/油之間界面張力的方法有Healy和Huh兩種，這里我們給出Healy方法。
當(dāng)相組成確定后，微乳液和富集相間的界面張力作為溶解參數(shù)的函數(shù)進(jìn)行計(jì)算 式中，Gl1、Gl2、Gl3(l＝1，2)均為輸入?yún)?shù)，Rl3為溶解比；Rl3=Gl3G33,]]>修正系數(shù)；Fl=1-eConl-e2-]]>(l＝1，2)；Conl=Σk=13(Ckl-Ck3)2;]]>在沒有表活劑或表活劑濃度小于CMC時(shí)，IFT＝σow。
5)毛管壓力毛管壓力與飽和度之間的關(guān)系與界面張力、滲透率和孔隙度密切相關(guān)，吸入過程與排出過程所反應(yīng)的毛管壓力特征是不一樣的。通常把水驅(qū)和注入表活劑過程假定為吸入過程，因此考慮下列兩種形式的毛管壓力。
(1)滲流水層存在三相時(shí)滲流水層毛管壓力公式中隱含的假設(shè)是潤濕性按水、有機(jī)物和空氣方向逐漸降低的，且水相總是存在，即有[PbPc1l]λi=1-Snl---l=2,4-------(B1-9)]]>式中λi為孔隙介質(zhì)中孔隙大小分布測定值，壓力Pb、Pc1l由巖石滲透率和孔隙度標(biāo)定。
(2)飽和層對(duì)于三相微乳液體系，飽和層的毛管壓力可根據(jù)表活劑相態(tài)計(jì)算 6)捕集數(shù)注表活劑提高采收率的一個(gè)重要機(jī)理就是捕集到的原油通過注表活劑使界面張力降低而產(chǎn)生移動(dòng)，除了界面張力外，浮力也是影響油滴流動(dòng)的重要因素，可以用Bond數(shù)表示。捕集并運(yùn)動(dòng)的非潤濕相的Bond數(shù)和毛管數(shù)通常處理兩組獨(dú)立的無因次數(shù)組，一組為重力/毛管力(Bond數(shù))，另一組為粘滯力/毛管力(毛管數(shù))，兩組結(jié)合起來發(fā)展為一種新的無因次數(shù)—捕集數(shù)。
計(jì)算公式如下毛管數(shù)Ncl=K‾·▿Φl′σll′---l=1,2,···,np-------(B1-11)]]>l和l’為被驅(qū)替及驅(qū)替液體。
Bond數(shù)NBl=kg(ρl-ρl′)σll′---l=1,2,···,np-------(B1-12)]]>7)相對(duì)滲透率毛管數(shù)的變化會(huì)引起各相剩余飽和度的改變，毛管數(shù)與剩余飽和度之間的關(guān)系為Slr=SlrH+SlrL-SlrH1+TlNcl---l=1,2,···,np-------(B1-13)]]>式中Tl是模型輸入?yún)?shù)，SlrL、SlrH分別是低毛管數(shù)和理想極限高毛管數(shù)下l相的剩余飽和度，為模型輸入?yún)?shù)。
每相剩余飽和度的變化必然引起相對(duì)滲透率曲線發(fā)生變化，變化后的l相相對(duì)滲透率曲線端點(diǎn)值krl和指數(shù)值nl根據(jù)剩余飽和度值由低毛管數(shù)相對(duì)滲透率曲線和高毛管數(shù)相對(duì)滲透率曲線的端點(diǎn)值和指數(shù)值進(jìn)行線形插值計(jì)算 8)相粘度液相粘度可根據(jù)純組分粘度和油、水、表活劑的相濃度進(jìn)行計(jì)算μl=C1lμpeα1(C1l+C2l)+C2lμ0eα2(C1l+C3l)+C3lα3eα4C1l+α5C2l----(B1-15)]]>式中αi為輸入?yún)?shù)。當(dāng)存在中間相聚合物時(shí)，μw可由μp代替。
3.2.2堿的物化機(jī)理DQCHEM模型對(duì)堿在化學(xué)驅(qū)過程中的主要驅(qū)油機(jī)理包括1)堿與原油中的酸性組分反應(yīng)產(chǎn)生表面活性劑；2)堿與地層水和巖石礦物的反應(yīng)，引起堿耗和離子環(huán)境的變化；3)反應(yīng)生成物和高PH值影響相態(tài)特性、界面張力、表面活性劑的吸附。
設(shè)反應(yīng)體系中包含有ni個(gè)流體組分，nk個(gè)固體組分nj個(gè)介質(zhì)吸附的陽離子和nm個(gè)與膠束締合的陽離子，這些組分都是由N個(gè)基本元素組成的，可由下面的元素質(zhì)量守恒方程提供的N個(gè)方程及液體相和粘土表面上的電中性方程解出 式中Qv為所有陽離子(包括H+)的交換能力。
事實(shí)上對(duì)堿驅(qū)過程中的多數(shù)驅(qū)油機(jī)理描述在膠束/聚合物過程中也存在。因此，可將堿驅(qū)看成是表面活性劑驅(qū)的一種特殊情況，只是這里的表面活性劑不是人工加入、而是向地下加堿后，經(jīng)物化反應(yīng)在地下產(chǎn)生的。只要生成“表活劑”，以后的情況就和“表活劑驅(qū)”的過程相同了，故不再贅敘。
3.2.3聚合物的物化機(jī)理聚合物溶液的高粘度能夠改善油水相間的流度比，抑制注入液的突進(jìn)，達(dá)到擴(kuò)大波及體積，提高采收率的目的。模型對(duì)聚合物的驅(qū)油機(jī)理分以下幾個(gè)方面進(jìn)行描述1)聚合物溶液粘度實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在一定的剪切速率下聚合物溶液的粘度μp0是聚合物濃度和含鹽量的函數(shù)，一般情況下可用下述函數(shù)表達(dá)μp0=μw(1+(Ap1C4l+Ap2C4l2+Ap3C4l3)CSEPSP)---l=1,3---(B3-1)]]>式中C4l表示水相(l＝1)和微乳液相(l＝3)中聚合物的濃度；μw是水相粘度，Ap1、Ap2、Ap3為實(shí)驗(yàn)室參數(shù)；CSEP是含鹽量濃度；SP為實(shí)驗(yàn)室參數(shù)，它決定著粘度μp0依賴于含鹽量的程度。
2)聚合物溶液流變特征一般來說，高分子聚合物溶液都具有某種流變特征，即認(rèn)為其粘度依賴于剪切速率，利用Meter方程表達(dá)這種依賴關(guān)系μp=μw+μp0-μw1+(γγ1/2)pα-1---------(B3-2)]]>式中γ為多孔介質(zhì)中多相流中l(wèi)相的等效剪切速率，γ1/2是μp=12(μp0+μw)]]>對(duì)應(yīng)的剪切率，Pα是經(jīng)驗(yàn)參數(shù)；μp稱為聚合物溶液在多孔介質(zhì)中流動(dòng)的視粘度。
3)滲透率下降系數(shù)和殘余阻力系數(shù)聚合物溶液在多孔介質(zhì)中滲流時(shí)，由于聚合物在巖石表面的吸附必然引起流度下降和流動(dòng)阻力增加。為了表達(dá)這種現(xiàn)象，定義滲透率下降系數(shù)Rk和殘余阻力系數(shù)Rrf分別為Rk=KwKp;]]> DQCHEM模型用下列公式仿真滲透率下降系數(shù)
式中brk、crk為輸入?yún)?shù)。
4)不可及孔隙體積實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，孔隙介質(zhì)中聚合物要比溶液中的示蹤劑流動(dòng)的快，這是由于聚合物的高分子結(jié)構(gòu)決定了聚合物能夠流經(jīng)的孔隙體積小的原因。聚合物不能進(jìn)入的這部分孔隙體積稱為不可及孔隙體積，在DQCHEM模型中表示為XIPV=φ-φpφ--------(B3-5)]]>式中φ為鹽水測的孔隙度，φp為聚合物溶液測的孔隙度。
5)聚合物吸附的表征方法滲透率多孔介質(zhì)中聚合物分子的吸附滯留是由吸附于固相表面和捕集在小孔隙中造成的。這種吸附滯留與表面活性劑吸附滯留一樣將使聚合物速度降低，并消耗聚合物段塞。因此，聚合物吸附可作為滲透率、含鹽度及聚合物濃度的函數(shù)。
聚合物的有效鹽度可表示為Csep=C5l+(βp-1)C6lC1l--------(B3-6)]]>式中的C5l、C6l、C1l分別為陰離子、Ca2+、水在液相中的濃度；其中β由實(shí)驗(yàn)室測定。
3.2.4其它相關(guān)特性注入到地下的電解質(zhì)與地下流體及巖礦通常要發(fā)生陽離子交換。這種交換影響到溶液中離子的傳輸，并對(duì)最佳鹽度和表活劑相態(tài)產(chǎn)生明顯影響，陽離子的類型和濃度同樣也影響水力傳導(dǎo)能力，仿真計(jì)算時(shí)還要考慮這種影響。一般陽離子都以自由離子、粘土表面吸附和表活劑膠束上吸附三種形式存在，因此，Ca2+、Na+離子在粘土和表活劑上的交換守恒方程可描述為(C12s)2C6s=βs·C3m·(C12f)2Ccf------(B4-1)]]>(C12c)2C6c=βc·Qv·(C12f)2Ccf------(B4-2)]]>而相密度可由相比重來表示γ＝g·ρ，相比重γl是相壓力和相組成的函數(shù)
式中f、c、s分別表示自由陽離子、粘土上吸附陽離子和膠束上吸附陽離子，βc、βS、C3m為粘土、表活劑上的交換常數(shù)及表活劑濃度，Qv為陽離子的交換容量；γkR為組分K在參考?jí)毫ο碌谋戎?，為輸入?yún)?shù)，PRO為參考?jí)毫Α?br> 3.2.5非相態(tài)稀體系的驅(qū)油機(jī)理描述通常的三元復(fù)合驅(qū)過程中，由于經(jīng)濟(jì)效益因素的影響，所采用的表面活性劑濃度比較低。如果表面活性劑、水和油組成的體系中表面活性劑濃度比較低，體系就不會(huì)出現(xiàn)相的變化，整個(gè)體系也僅由油水兩相組成，我們稱這種體系為非相態(tài)稀體系。非相態(tài)稀體系三元復(fù)合驅(qū)的驅(qū)油機(jī)理通過表面活性劑、堿、油、和水之間的協(xié)同效應(yīng)實(shí)現(xiàn)。
1)界面張力表面活性劑、堿、油和水之間的協(xié)同效應(yīng)通過界面張力活性函數(shù)描述σ＝σ(CS，CA) (B5-1)式中，σ是油水相間的界面張力，CS是表面活性劑濃度，CA是堿濃度；界面張力活性函數(shù)由實(shí)測獲得；2)毛管數(shù)毛管數(shù)是反應(yīng)由于粘性力的作用而使相剩余飽和度發(fā)生改變的一個(gè)無因次變量。毛管數(shù)的定義如下Ncl=|k→·▿→Φl′|σll′---l=1,2-------(B5-2)]]>式中，l和l′分別代表被驅(qū)替和驅(qū)替相，勢(shì)梯度 表達(dá)式為Φl′＝Pl′-gpl′h (B5-3)3)相對(duì)滲透率曲線毛管數(shù)與相剩余飽和度之間的關(guān)系為Slr=SlrH+SlrL-SlrH1+TlNcl---l=1,2------(B5-4)]]>式中，Tl是常數(shù)，SlrL，SlrH分別是低毛管數(shù)和理想極限高毛管數(shù)下l相的剩余飽和度。
相剩余飽和度的變化必然引起相對(duì)滲透率曲線發(fā)生改變，變化后的l相對(duì)滲透率。曲線端點(diǎn)值krl和指數(shù)值nl，可根據(jù)剩余飽和度值由低毛管數(shù)相對(duì)滲透率曲線和高毛管數(shù)相對(duì)滲透率曲線的端點(diǎn)值及指數(shù)值(krlL，krlH，nlL，nlH)進(jìn)行計(jì)算。
相對(duì)滲透率曲線端點(diǎn)值和指數(shù)值計(jì)算公式krl=krlL+Sl′rL-Sl′rSl′rL-Sl′rH(krlK-krlL)---l=1,2------(B5-5)]]>nl=nl′l+Sl′rL-Sl′rSl′rL-Sl′rH(nlH-nlL)---l=1,2-------(B5-6)]]>4、三元復(fù)合驅(qū)仿真模型的求解與計(jì)算如上所述，本發(fā)明的數(shù)學(xué)模型可用“高階非線性微分方程組”來描述，因而，仿真的問題最終就成了“非線性微分方程組”的求解問題。搞過計(jì)算機(jī)數(shù)字仿真的科技工作者都知道，“非線性微分方程組”的求解問題，從來都是一項(xiàng)具有很大挑戰(zhàn)性的工作，人們總是期望在所論的邊界條件下，通過選擇適當(dāng)?shù)乃惴?、調(diào)整迭代參數(shù)，以便能快速、穩(wěn)定地得到該“非線性微分方程組”的一組工程解，換言之，保證“迭代的收斂性、計(jì)算的穩(wěn)定性與快速性和解的高精度”，一直是工程技術(shù)人員努力的目標(biāo)。但是，求解這樣的方程組，往往需要進(jìn)行數(shù)百萬、乃至上千萬次的迭代循環(huán)計(jì)算，在迭代過程中如算法或迭代步長不得當(dāng)，仿真計(jì)算根本就無法正常進(jìn)行下去，即使能得出計(jì)算解，也不會(huì)有任何使用價(jià)值(例如單從仿真計(jì)算的意義上講，迭代的時(shí)間步長 可能是有意義的，但對(duì)采油工程而言10-7天就毫無實(shí)際意義)。這些問題在求解高階微分方程組時(shí)尤其會(huì)經(jīng)常遇到，因而算法問題關(guān)系到計(jì)算機(jī)仿真的成敗。為了避免在工程計(jì)算時(shí)出現(xiàn)此類問題，我們花費(fèi)了相當(dāng)大的精力，開發(fā)研制出了與模型DQCHEM的求解相配套的算法及具體計(jì)算機(jī)求解程序CHEMEQCNT，取得了較好的仿真效果。概括起來，這些方法包括計(jì)算相態(tài)體系時(shí)的顯式(IMPEC)解法；計(jì)算非相態(tài)體系時(shí)利用隱式方法求解壓力方程，用顯式(IMPEC)法求解濃度方程(也叫等效拆分全隱式的方法)計(jì)算相飽和度和多組分體系平衡常數(shù)時(shí)用相態(tài)閃蒸計(jì)算法，它以相平衡理論為基礎(chǔ)，通常用以表示地層中隨著壓力的下降、粘度增大、密度減小、體積系數(shù)相應(yīng)變化的過程。所謂IMPEC是impliJct pressure explicit concentration的縮寫。在迭代計(jì)算中，顯式求解濃度方程、隱式求解壓力方程，就是已知第i步的參數(shù)，求解第j+1步的變量；隱式求解濃度方程和壓力方程，就是已知第i-1步和i+1步的參數(shù)，求解第i步的變量；等效拆分全隱式法是將濃度方程等效拆分為兩個(gè)相孤立的流動(dòng)彌散方程，這樣，假設(shè)認(rèn)為相間的相互轉(zhuǎn)化過程不影響組分總質(zhì)量，就可以只用孤立相的過程求得總的質(zhì)量，所求變量的解法采用全隱式解法。只要用某種算法語言(我們用的是Fortran77、F90、Visual Basic6.0、Visual C++6.0)依法編成相應(yīng)的計(jì)算機(jī)程序，然后由計(jì)算機(jī)反復(fù)調(diào)用、執(zhí)行這些程序，就可完成模型的求解計(jì)算和計(jì)算機(jī)仿真工作。下面分別介紹求解仿真模型的具體算法及其應(yīng)用。
4.1(相態(tài))仿真模型的一般求解計(jì)算方法由于程序CHEMEQCNT面臨的是“高階非線性微分方程組”。為了求解這類方程組，我們先從普通解法入手，然后再詳細(xì)介紹本發(fā)明所用的方法，這樣就會(huì)更深的理解本發(fā)明。
不失一般性，設(shè)有非線性微分方程F(X)＝0(任何形式的方程總可通過移項(xiàng)等變成這種形式)，其中X為N維向量，初始條件為X∈X0；業(yè)內(nèi)一般人士都知道Newton法是解非線性方程組的最常用的方法，所以人們求解非線性方程組時(shí)首先都要選用“Newton法”；但是，用Newton法求解非線性方程組時(shí)存在著如下明顯不足(1)用Newton法求解非線性微分方程組時(shí)要進(jìn)行迭代計(jì)算，而每次迭代都要計(jì)算F′(x)；由于F′(x)是由F對(duì)向量X的n個(gè)偏導(dǎo)數(shù)值構(gòu)造的矩陣，而在化學(xué)平衡方程組中，矩陣的每個(gè)元素表達(dá)式都很復(fù)雜，因而計(jì)算量非常巨大；(2)仿真實(shí)踐證明，在許多情況下，對(duì)初始條件X∈X0的要求有較嚴(yán)格的限制，而在實(shí)際應(yīng)用中給出確保收斂的迭代初值是十分困難的，給出收斂到“期望”的初值就更加困難；(3)如果迭代過程中某一步在xk處F′(xk)出現(xiàn)奇異或幾乎奇異，則Newton法的計(jì)算將無法進(jìn)行下去，特別是如果F′(x*)在F(X)＝0解x*處奇異(類似一元代數(shù)方程產(chǎn)生重根)，計(jì)算就變得十分困難、復(fù)雜；(4)而對(duì)于具有強(qiáng)非線性的化學(xué)平衡方程組而言，其工程解往往就在奇異點(diǎn)附近，因此，在求解計(jì)算過程中經(jīng)常還會(huì)出現(xiàn)所謂“g1”，“g2”，“s1”錯(cuò)誤(自定義錯(cuò)誤代碼)，致使迭代計(jì)算無法進(jìn)行下去而停止。
為了克服Newton法的上述缺點(diǎn)，本發(fā)明研發(fā)了求解“非線性微分方程組”的一些改進(jìn)算法，并把它們用在對(duì)“杏二西三元復(fù)合驅(qū)工業(yè)化采油試驗(yàn)區(qū)”的計(jì)算機(jī)仿真計(jì)算中，取得了好的效果。下面分別介紹這些方法(1)簡化Newton法。方法的核心內(nèi)容是每進(jìn)行m次Newton法迭代，更換一次F′(x*)。對(duì)于一維問題，其幾何意義是，過一點(diǎn)作一切線，接著作m-1次平行于該切線的割線，而不像Newton法那樣過每個(gè)迭代點(diǎn)都作切線。用這種方法雖然所用迭代步數(shù)會(huì)有所增加，但計(jì)算精度與Newton法相同，關(guān)鍵是要選擇一個(gè)優(yōu)化的“m”，它的選擇原則是在迭代計(jì)算中，既能使所求變量的相對(duì)誤差(精度)不降低，又能使迭代的次數(shù)最少。事實(shí)上m是與所論系統(tǒng)的規(guī)模有關(guān)的，系統(tǒng)的規(guī)模越大，m就應(yīng)越大。實(shí)踐證明，采用簡化Newton法以后，在精度與Newton法基本相同的前提下，大大提高了非線性微分方程的求解效率。
(2)參數(shù)Newton法對(duì)于一般的非線性方程組，其參數(shù)Newton法為xk+1＝xk-ωF′(xk)-1F(xk)，k＝0，1，2，…(C-1)
其中ω是一個(gè)適當(dāng)選取的參數(shù)，使‖F(xiàn)(xk+1)‖≤‖F(xiàn)(xk)‖；實(shí)際計(jì)算中ω的選擇是每步變化的，可以證明對(duì)于充分靠近x*的x0，當(dāng)0＜ω＜2時(shí)參數(shù)Newton法收斂，因而可在此范圍內(nèi)選擇ω的大小。
由于用Newton法進(jìn)行仿真計(jì)算時(shí)還經(jīng)常會(huì)碰到F′(x*)在F(X)＝0的解x*處奇異(或近似奇異)的情形，這就有一個(gè)設(shè)法處理好奇異(或近似奇異)矩陣的問題。先把一般Newton迭代公式改寫為xk+1＝xk-F(xk)+F(xk)，(k＝0，1，2，…)(C-2)其中[F′(XK)]-1為F′(xk)的Penrose-Moore逆。
對(duì)于k＝0，1，2，…直到收斂，求解最小二乘問題，即F(xk)Δxk＝-F(xk)， (C-3)xk+1＝xk+Δxk由于當(dāng)F′(x*)為奇異時(shí)，F(xiàn)(x*)不一定為零，因而可求出滿足[F′(x*)]+F(x*)＝0的解x*，亦即F(x)＝0的廣義解。
顯然，先以ω為參量，將一般Newton迭代改為含參量公式，并進(jìn)行迭代計(jì)算，當(dāng)F′(x*)在F(X)＝0的解x*處奇異(或近似奇異)時(shí)，再用最小二乘法，可以得到方程F(x)＝0的廣義解。這樣不僅可以使方程求解順利進(jìn)行，而且大大加快了計(jì)算的速度。
4.2非相態(tài)描述模型的求解計(jì)算由于本發(fā)明所采用的模型在保留原有相態(tài)描述功能的同時(shí)，增加了非相態(tài)驅(qū)油機(jī)理描述功能，它是根據(jù)實(shí)驗(yàn)室測定的表活劑、堿和界面張力活性關(guān)系圖計(jì)算相間界面張力，實(shí)現(xiàn)模型非相態(tài)描述功能的，為了求解這樣的模型，特地在計(jì)算方法中增加了隱式解法，從而使現(xiàn)在的模型真正做到既能對(duì)濃體系、也可以對(duì)稀體系進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真，大大擴(kuò)展了本發(fā)明的應(yīng)用范圍。下面簡要敘述在非相態(tài)情況下在算法中增加的隱式程度。
1)非相態(tài)時(shí)的組分濃度(連續(xù)性)方程以組分濃度的形式表示組分k的質(zhì)量守恒方程為∂∂t(φρkC~k)+▿→·[Σl=1Npρk(Cklul→-Dkl→)]=Rk-------(C-4)]]>式中φ為孔隙度，pk＝1+Cpk(pw-pst)，Cpk為k組分的壓縮系數(shù)；pst參考?jí)毫?。擴(kuò)散項(xiàng)表達(dá)式為Fickian形式Dkl→=φSlK→→kl·▿→Ckl------(C-5)]]>
φSlK→→kl=KxxKxyKxzKyxKyyKyzKzxKzyKzz,-------(C-6)]]>其分量可表達(dá)為Kqr=φSlDklτδqr+(αL-αT)uqurUl+αTUlδqr.-------(C-7)]]>式中 為Kronecker delta函數(shù)；Ul=ux2+uy2+uz2]]>為相速率。
利用如下所示的分裂算法，將總濃度的求解公式轉(zhuǎn)化為近似求解“分相組分”濃度的相關(guān)表達(dá)式，就可進(jìn)行后續(xù)的其他處理了。
2)分裂算法從形式上看，分相組分濃度的滲流驅(qū)動(dòng)方程是一個(gè)對(duì)流擴(kuò)散方程，并且流場的物理過程決定了該方程以強(qiáng)對(duì)流為主。物理上，對(duì)流過程和擴(kuò)散過程特性完全不同；對(duì)流過程和擴(kuò)散過程的物理特性差別決定了我們可以采用不同的方法分別求解它們，即所謂的“分裂算法”?！胺至阉惴ā钡膶?shí)質(zhì)是“時(shí)間導(dǎo)數(shù)分步走”先得出對(duì)流方程解，但它并非n+1時(shí)刻的解，而是中間過程n+r(0＜r＜1)時(shí)刻的對(duì)流方程解，再利用n+r時(shí)的對(duì)流方程解求出擴(kuò)散方程的解，才是n+1時(shí)刻的擴(kuò)散方程解，因而“分裂算法”也叫隱式法(這里我們假定求解區(qū)域可以按笛卡爾坐標(biāo)離散為NX*NY*NZ個(gè)網(wǎng)格，即對(duì)仿真區(qū)塊劃分網(wǎng)格時(shí)符合笛卡爾坐標(biāo)離散條件)。
4.3迭代時(shí)間步長的選擇與更新在模型(由“非線性微分方程組”來描述)的求解計(jì)算中，一般都要經(jīng)過成千上萬次迭代才能完成，中間少不了對(duì)“迭代時(shí)間步長”這一參數(shù)的選擇與更新。所謂“迭代時(shí)間步長t”，是指在仿真計(jì)算中多長時(shí)間進(jìn)行一次迭代計(jì)算，通常這個(gè)時(shí)間步長在用戶輸入的數(shù)據(jù)流中給出，并且這個(gè)數(shù)值很小。在對(duì)本模型求解算法的改造中，采用了所謂“變步長技術(shù)”，因而大大提高了運(yùn)算速度。迭代時(shí)間步長的更新原則是必須使迭代計(jì)算收斂，具體更新方法是如果迭代雖然收斂，但耗時(shí)過長，就適當(dāng)增大迭代時(shí)間步長，如果迭代不收斂或計(jì)算誤差相對(duì)較大，即縮小時(shí)間步長，其具體大小的控制一般由數(shù)值模擬工作者的經(jīng)驗(yàn)而定。
5、具體實(shí)施例為了從理論與實(shí)踐的結(jié)合上把本發(fā)明講清楚，并驗(yàn)證DQCHEM模型的實(shí)際應(yīng)用效果，我們應(yīng)用“低濃度表活劑與相態(tài)結(jié)合的三元復(fù)合驅(qū)數(shù)值仿真方法”，對(duì)大慶油田“杏二西三元復(fù)合驅(qū)試驗(yàn)區(qū)”進(jìn)行了計(jì)算機(jī)仿真及跟蹤擬合。下面先把所論區(qū)塊的基本情況、即原始基礎(chǔ)數(shù)據(jù)(包括對(duì)仿真試驗(yàn)區(qū)的油藏地質(zhì)情況的描述、油井分布方案、所用驅(qū)油材料、所采用的三元復(fù)合驅(qū)段塞注入方式與井工作制度描述等)介紹一下，然后再對(duì)仿真模型的建立、仿真數(shù)據(jù)流的生成、仿真模型(即非線性微分方程組)的求解，以及仿真結(jié)果的處理等具體仿真方法(過程)進(jìn)行介紹。
5.1對(duì)杏二西三元復(fù)合驅(qū)試驗(yàn)區(qū)基本情況描述杏二區(qū)三元復(fù)合驅(qū)油礦場試驗(yàn)位于杏樹崗背斜構(gòu)造西翼、北起203號(hào)斷層、南至2區(qū)3排、西起204號(hào)斷層、東至211號(hào)斷層的比較封閉的純油區(qū)內(nèi)。試驗(yàn)區(qū)呈東高西低、南高北低的趨勢(shì)，高差為10-20米，油層埋藏深度為800-1200米，平均為980.3米。整個(gè)試驗(yàn)區(qū)的面積為0.3Km2，孔隙體積43.5×104m3，地質(zhì)儲(chǔ)量24.01×104t，采用四注九采五點(diǎn)法面積井網(wǎng)，共有油水井13口，注入井4口，采出井9口(包括1口中心井，八口平衡井)；注采井距200米，生產(chǎn)井距280米。根據(jù)杏二西三元復(fù)合驅(qū)試驗(yàn)區(qū)實(shí)際井位分配，數(shù)值仿真模型DQCHEM對(duì)該區(qū)域的油藏地質(zhì)結(jié)構(gòu)的解釋是縱向上分3個(gè)小層，仿真井?dāng)?shù)為18口，仿真節(jié)點(diǎn)數(shù)為31×26×3＝2418個(gè)。上述驅(qū)試驗(yàn)區(qū)的油藏地質(zhì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)見表3-1；針對(duì)該試驗(yàn)區(qū)的油藏地質(zhì)特點(diǎn)，分別制定了三種驅(qū)油預(yù)案，即水驅(qū)、聚合物驅(qū)、三元復(fù)合驅(qū)，進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真。其中三元復(fù)合驅(qū)的注入材料與注入方式為0.375PV×1500聚合物的前置段塞；1.0％堿+0.35％表活劑+1200ml聚合物(0.3PV)主段塞；1.0％堿+0.15％表活劑+1200ml聚合物(0.15PV)副段塞；0.2PV×800ml的后續(xù)保護(hù)段塞；聚合物驅(qū)的聚合物用量為570PV.mg/L，采用單一整體段塞注入。
實(shí)際仿真時(shí)擬采用的驅(qū)油方案、所注入的驅(qū)油材料等數(shù)據(jù)描述、擬采用的驅(qū)油段塞注入程序、此驅(qū)油體系的相態(tài)組成及其參數(shù)(包括醇分配、界面張力等計(jì)算參數(shù))分別示于表3-2、表3-3，部分相態(tài)參數(shù)示于表3-4；表3-1試驗(yàn)區(qū)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表 表3-2杏二西三元復(fù)合驅(qū)方案及實(shí)際注入情況(聚合物濃度mg/L)

表3-3組分組成表(相號(hào)、相名稱1、2、3；水相、油相、微乳液相)

表3-4部分相態(tài)參數(shù)表


根據(jù)對(duì)所述驅(qū)試驗(yàn)區(qū)基本情況的描述，在對(duì)杏二西三元復(fù)合驅(qū)礦場試驗(yàn)區(qū)塊數(shù)值仿真計(jì)算中，物質(zhì)平衡方程MASBLCEQ中的參量的含義與取值分別為ncv為所注入三元復(fù)合體系的總組分?jǐn)?shù)，數(shù)值為13，其中包括水組分、油組分、表活劑組分、聚合物組分、鈣離子組分、鎂離子組分等；np為參與計(jì)算的相態(tài)數(shù)。當(dāng)區(qū)塊注入表活劑濃度小于臨界膠束濃度(CMC)時(shí)為非相態(tài)計(jì)算，取np＝2；而當(dāng)注入表活劑濃度大于臨界膠束濃度時(shí)為相態(tài)計(jì)算，取np＝3；ρk為區(qū)塊原油密度，數(shù)值為0.86g/cm3。
φ為區(qū)塊孔隙度，數(shù)值為0.26(無量綱)。
Ckl為各相中注入體系的組分濃度，k為組分序號(hào)，l為相的序號(hào)；Sl為各相的剩余油飽和度；5.2數(shù)值計(jì)算輸入數(shù)據(jù)流生成注意到，DQCHEM和CHEMEQCNT需要的輸入是“仿真區(qū)塊的油藏地質(zhì)特征精細(xì)描述數(shù)據(jù)、驅(qū)油材組成詳細(xì)體系參數(shù)”等原始數(shù)據(jù)，而其輸出是能夠度量驅(qū)油效果、確定驅(qū)油段塞注入程序的“流體各相界面間的張力、毛細(xì)管對(duì)油的撲集作用力、油相剩余飽和度、滲透率下降系數(shù)的大小”等物理量。由于這里輸入的原始基礎(chǔ)數(shù)據(jù)由本地提供，輸出數(shù)據(jù)也是提供給本地，因而“網(wǎng)絡(luò)化仿真服務(wù)子程SSSP”之仿真工作模式控制字WMC＝“00”；當(dāng)SSSP完成系統(tǒng)初始化、原始數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好之后，就從本地?cái)?shù)據(jù)庫讀入這些原始數(shù)據(jù)，并啟動(dòng)仿真前后數(shù)據(jù)處理軟件FDEDPSW、進(jìn)而關(guān)鍵字?jǐn)?shù)據(jù)文件輸入軟件、變長度數(shù)組生成軟件、變厚度參數(shù)與死節(jié)點(diǎn)處理軟件，生成仿真所需格式的輸入數(shù)據(jù)流，并把它們送到位于后臺(tái)工作站的化學(xué)平衡反應(yīng)方程組求解計(jì)算軟件CHEMEQCNT之入口處，就可在SSSP的協(xié)調(diào)控制下正式開展計(jì)算機(jī)仿真計(jì)算(對(duì)模型的求解計(jì)算)。
5.3仿真過程說明綜上所述，我們結(jié)合圖2給出的主程序流程，對(duì)用DQCHEM對(duì)“大慶杏二西三元復(fù)合驅(qū)試驗(yàn)區(qū)的計(jì)算機(jī)仿真”的過程做如下的歸納1)啟動(dòng)主、從計(jì)算機(jī)，系統(tǒng)仿真服務(wù)軟件SSSP對(duì)系統(tǒng)初始化，待顯示器上顯出人機(jī)對(duì)話菜單后，操作人員鍵入具體仿真命令，由主機(jī)生成包括SWMCW在內(nèi)的仿真控制字；2)設(shè)置初始時(shí)間步長，主機(jī)根據(jù)仿真控制字(SWMCW＝00)從本地?cái)?shù)據(jù)源獲得包括仿真區(qū)塊的實(shí)際油藏地質(zhì)特征參數(shù)、所用驅(qū)油材料及其數(shù)量、各類鉆井的類型(即是生產(chǎn)井還是注入井，是定壓井還是定產(chǎn)井)及其描述參數(shù)(如否完井、射孔方向的坐標(biāo)x，y，z)、注入的段塞組分與參數(shù)等在內(nèi)的原始基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，接著用FDEDPSW之關(guān)鍵字?jǐn)?shù)據(jù)文件輸入軟件、變長度數(shù)組生成軟件、變厚度參數(shù)與死節(jié)點(diǎn)處理軟件，對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，形成仿真輸入數(shù)據(jù)流，送至工作站的CHEMEQCNT程序入口處；3)根據(jù)驅(qū)油體系環(huán)境中有無表活劑注入，以及表活劑濃度的大小，用臨界膠束濃度的臨界值CMC對(duì)仿真驅(qū)油體系進(jìn)行相態(tài)、非相態(tài)判斷；當(dāng)CMC≤.99就先進(jìn)行如下處理，然后再執(zhí)行從4)開始的程序，若無表活劑或CMC＞.99，就直接從4)開始進(jìn)行仿真模型DQCHEM的求解計(jì)算(1)據(jù)每一口井位的地質(zhì)特性及其不同的地下坐標(biāo)，先把整個(gè)驅(qū)油體系用網(wǎng)格劃分為界面特性各不相同的k個(gè)“子驅(qū)油體系塊”(k＝1、2、3……)，并用k個(gè)化學(xué)平衡反應(yīng)方程CHEMEQM(k)對(duì)大系統(tǒng)中的每個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行描述；(2)根據(jù)在實(shí)驗(yàn)室條件下實(shí)測得到的“表活劑、堿、聚合物與界面張力活性關(guān)系圖”，計(jì)算出每個(gè)子區(qū)塊的界面張力、毛管數(shù)、相對(duì)滲透率、滲透率下降系數(shù)等參數(shù)數(shù)據(jù)，送CHEMEQCNT的程序入口，并對(duì)每個(gè)子模型CHEMEQM(k)的參數(shù)進(jìn)行賦值；(3)以k為“循環(huán)控制”和“關(guān)聯(lián)控制”變量，按下述步驟依次對(duì)每個(gè)化學(xué)平衡反應(yīng)方程、即子模型CHEMEQM(k)進(jìn)行求解計(jì)算及解的關(guān)聯(lián)重組，得出總體采油方案與井工制度；4)在SSSP的監(jiān)控下，首先給相對(duì)滲透率、粘度、濃度、飽和度、毛管力等變量賦值，計(jì)算傳導(dǎo)率、對(duì)流中的濃度項(xiàng)，完成壓力方程PRSSUREQ系數(shù)矩陣元素的計(jì)算，然后用CHEMEQCNT對(duì)ASPEXTMDG依次進(jìn)行以下求解計(jì)算(1)根據(jù)壓力方程PRSSUREQ求解相壓力、相流速和井的壓力限制、井的注入和產(chǎn)出速率；(2)根據(jù)物質(zhì)平衡方程MASBLCEQ、濃度方程，求解出各種組分的總濃度、注入的PV數(shù)及采出程度、相比例和井筒產(chǎn)出液的組成；(3)根據(jù)能量守恒方程ENGCSVEQ進(jìn)行化學(xué)平衡計(jì)算，解出新的離子平衡環(huán)境；(4)利用化學(xué)平衡模型計(jì)算有效含鹽量、醇的分配系數(shù)和其它相關(guān)組分的濃度；(5)進(jìn)行“相態(tài)閃蒸計(jì)算”，求解相飽和度和相組成；(5)利用上述結(jié)果計(jì)算界面張力、毛管數(shù)、相剩余飽和度、相對(duì)滲透率、相密度、相粘度、滲透率下降系數(shù)；(6)對(duì)下一次迭代所需壓力方程系數(shù)矩陣的元素與時(shí)間步長進(jìn)行計(jì)算、動(dòng)態(tài)更新后，執(zhí)行從3)開始的新一輪迭代計(jì)算，直到迭代計(jì)算結(jié)果滿足仿真要求；5)將本次仿真所得數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于仿真結(jié)果專用緩存區(qū)BUFFER中；
6)操作人員根據(jù)人機(jī)對(duì)話菜單，重新鍵入仿真命令，由主機(jī)生成新的仿真控制字，仿真執(zhí)行從2)開始的循環(huán)；7)用FDEDPSW對(duì)暫存于BUFFER數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，生成“三元復(fù)合驅(qū)段塞注入程序及井工作制度文件”，并和“三元復(fù)合驅(qū)采油實(shí)驗(yàn)區(qū)所用采油工藝”數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合對(duì)比，然后以多種媒體形式給出對(duì)比結(jié)果，最后由仿真控制字(SWMCW控制輸出仿真所得結(jié)果，供井隊(duì)指導(dǎo)采油、科技人員閱讀選用。
附圖3給出了“三元復(fù)合驅(qū)采油仿真計(jì)算結(jié)果”與“實(shí)際驅(qū)采結(jié)果”之間的數(shù)據(jù)對(duì)比和二者之間的曲線擬合情形。從擬合曲線可以看出(1)用仿真結(jié)果指導(dǎo)“三次采油”，可把含水率由99.9％下降至49.2％(降幅接近50％)，到2001年2月，中心井的綜合含水為98.3％，累積增油11392t，提高采收率19.42％，截止到2001年6月，全區(qū)綜合含水已達(dá)98％，累積增油58499t，采收率提高19.42％，說明用本發(fā)明給出的計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果不僅對(duì)實(shí)際礦場采收有指導(dǎo)意義，而且效果良好；(2)如把仿真結(jié)果用于對(duì)試驗(yàn)區(qū)的工業(yè)開采前景進(jìn)行預(yù)測，可以看出當(dāng)試驗(yàn)區(qū)含水為98％時(shí)，三元復(fù)合驅(qū)最終采收率可提高20％；三元復(fù)合驅(qū)計(jì)算機(jī)仿真方法的技術(shù)效果分析由于本發(fā)明在“數(shù)學(xué)模型、數(shù)值計(jì)算方法和相關(guān)軟件”三方面進(jìn)行了科技創(chuàng)新，因而取得非常明顯的技術(shù)效果。
1)技術(shù)方案先進(jìn)，仿真模型適應(yīng)范圍廣。本發(fā)明針對(duì)大慶油田的油藏地質(zhì)構(gòu)造的復(fù)雜性(非均勻性十分嚴(yán)重)的實(shí)際，給出了“網(wǎng)格化子模型建模法”(即先把整個(gè)驅(qū)油體系用網(wǎng)格劃分為界面特性各不相同的k個(gè)“子驅(qū)油體系塊”，然后再對(duì)每個(gè)子區(qū)塊分別建立仿真模型)、“物質(zhì)間的關(guān)聯(lián)度法”的建模方法，針對(duì)大慶油田在低表活劑情況下較難形成相態(tài)的實(shí)際，給出了既能描述濃體系相態(tài)、也能描述稀體系非相態(tài)，既能對(duì)層間非均質(zhì)、又適于層內(nèi)非均質(zhì)的地質(zhì)模型進(jìn)行描述，既適于單口井、又適于多口井的仿真，既適用于單一驅(qū)油材料、又適于多元復(fù)合驅(qū)油材料的計(jì)算機(jī)仿真模型和仿真方法，因而完全可滿足各類大型油田進(jìn)行油氣勘探開發(fā)研究等方面的需要，應(yīng)用范圍非常廣；2)計(jì)算方法與仿真程序先進(jìn)，確保了“三元復(fù)合驅(qū)計(jì)算機(jī)仿真”的順利進(jìn)行和“快速、精確、可靠、高效”。針對(duì)所建仿真模型為高階非線性微分方程組因而難以求解的實(shí)際，本發(fā)明給出了包括簡化Newton法、參數(shù)Newton法和專門用以求解非相態(tài)特性的“分裂算法”(即等效拆分全隱式方法)等先進(jìn)算法，有效避免了用已知方法時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)的奇異解錯(cuò)誤及“g1、g2、s1、s2”代碼錯(cuò)誤等，并把非線性微分方程的階數(shù)從傳統(tǒng)方法的14階降到3-4階，大大降低了對(duì)仿真模型的求解難度；在數(shù)據(jù)處理方面，開發(fā)了關(guān)鍵字?jǐn)?shù)據(jù)文件輸入軟件、變長度數(shù)組生成軟件、變厚度參數(shù)與死節(jié)點(diǎn)處理軟件等，既能保證仿真的快速、準(zhǔn)確、順利地進(jìn)行，又可方便地生成優(yōu)化的“三元復(fù)合驅(qū)采油工藝及井工制文件”。實(shí)際測試表明同已有的仿真方法相比，本發(fā)明給出的仿真方法把仿真效率提高了3-5倍；
3)仿真結(jié)果對(duì)生產(chǎn)實(shí)踐的指導(dǎo)作用明顯。用本發(fā)明給出的“仿真結(jié)果(后)處理與顯示軟件”處理仿真結(jié)果數(shù)據(jù)，可以得出與給定區(qū)塊對(duì)應(yīng)的驅(qū)油方案(包括井位的確定、各類井的段塞工藝、所用驅(qū)油材料及其組分等)，用該方案指導(dǎo)“三元復(fù)合驅(qū)工業(yè)化采油試驗(yàn)區(qū)”的采油實(shí)踐證明仿真結(jié)果與實(shí)采動(dòng)態(tài)產(chǎn)油指標(biāo)之間的曲線擬合良好，表明開采剩余油時(shí)的實(shí)際增油效果理想。因而，用本發(fā)明給出的方法對(duì)指導(dǎo)大慶油田今后的三元復(fù)合驅(qū)工業(yè)化推廣的方案設(shè)計(jì)及開采、指標(biāo)預(yù)測和三元復(fù)合驅(qū)效果分析有重要意義。
4)本發(fā)明所提供的計(jì)算機(jī)仿真模型、方法全面，計(jì)算技術(shù)先進(jìn)，與之配套的仿真軟件不僅可用于對(duì)各種類型油田的“三元復(fù)合驅(qū)采油”進(jìn)行仿真，也可用于相關(guān)專業(yè)的教學(xué)，該仿真軟件的通用化程度也得到大大提高。
總之，本發(fā)明在“數(shù)學(xué)模型、數(shù)值計(jì)算方法和相關(guān)軟件”三個(gè)方面進(jìn)行了創(chuàng)新，所用仿真模型功能全，適用范圍廣，所用數(shù)值計(jì)算方法和數(shù)據(jù)處理技術(shù)先進(jìn)，大大提高了仿真的效率、精度、可靠性與仿真結(jié)果的應(yīng)用范圍，因而不僅對(duì)指導(dǎo)大慶油田今后的三元復(fù)合驅(qū)工業(yè)化推廣的方案設(shè)計(jì)及開采、指標(biāo)預(yù)測和三元復(fù)合驅(qū)效果分析有重要指導(dǎo)意義，因而它也必將為油田的勘探、開發(fā)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
權(quán)利要求
1.一種低濃度表面活性劑與相態(tài)結(jié)合的三元復(fù)合驅(qū)計(jì)算機(jī)仿真方法，包括主、從計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)仿真軟件包DQCHEM、計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)，主、從計(jì)算機(jī)系統(tǒng)包括一個(gè)位于前臺(tái)的PC計(jì)算機(jī)和位于后臺(tái)的工作站，以及與仿真配套的計(jì)算機(jī)外部設(shè)備，前臺(tái)計(jì)算機(jī)中存放著系統(tǒng)仿真服務(wù)程序SSSP，通過人機(jī)對(duì)話對(duì)仿真任務(wù)進(jìn)行組織及過程控制，后臺(tái)工作站完成仿真過程中的各種數(shù)據(jù)處理及復(fù)雜計(jì)算任務(wù)，其特征是所述的DQCHEM包括三元復(fù)合驅(qū)體系模型描述及生成軟件ASPEXTMDG、化學(xué)平衡反應(yīng)方程組求解計(jì)算軟件CHEMEQCNT、仿真前后數(shù)據(jù)處理軟件FDEDPSW；所述的ASPEXTMDG既能描述相態(tài)、也能描述非相態(tài)驅(qū)油體系的理化平衡反應(yīng)；用DQCHEM進(jìn)行三元復(fù)合驅(qū)計(jì)算機(jī)仿真，包括如下主要步驟1)啟動(dòng)主、從計(jì)算機(jī)，系統(tǒng)仿真服務(wù)軟件對(duì)系統(tǒng)初始化，待顯示器上顯出人機(jī)對(duì)話菜單后，操作人員鍵入具體仿真命令，由主機(jī)生成仿真控制字SWMCW，并設(shè)置初始迭代時(shí)間步長；2)主機(jī)根據(jù)仿真控制字從數(shù)據(jù)源獲得所論仿真區(qū)塊的實(shí)際油藏地質(zhì)特征、仿真節(jié)點(diǎn)數(shù)、所用驅(qū)油材料在驅(qū)油體系中所占組分、各類鉆井特征及所用驅(qū)油段塞注入程序等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，接著由FDEDPSW之關(guān)鍵字?jǐn)?shù)據(jù)文件輸入軟件、變長度數(shù)組生成軟件、變厚度參數(shù)與死節(jié)點(diǎn)處理軟件對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，形成仿真輸入數(shù)據(jù)流，送至工作站的CHEMEQCNT程序入口處；3)先完成壓力方程系數(shù)矩陣元素的計(jì)算，然后根據(jù)驅(qū)油體系中有無表活劑及其濃度的大小，對(duì)仿真驅(qū)油體系進(jìn)行相態(tài)、非相態(tài)判斷；4)當(dāng)注入到驅(qū)油體系中的表活劑后使臨界膠束濃度CMC≤某一數(shù)值時(shí)，驅(qū)油體系為非相態(tài)，則按下述“關(guān)聯(lián)度建模法”建立該體系的計(jì)算機(jī)仿真數(shù)學(xué)模型；當(dāng)CMC＞某一數(shù)值時(shí)，則直接從5)開始進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真計(jì)算(1)根據(jù)每一口井位的地質(zhì)特性及其不同的地下坐標(biāo)，先把整個(gè)驅(qū)油體系用網(wǎng)格劃分為界面特性各不相同的k個(gè)“子驅(qū)油體系塊”(k＝1、2、3……)，并用k個(gè)子化學(xué)平衡反應(yīng)模型CHEMEQSM(k)對(duì)大系統(tǒng)中的每個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行描述；(2)根據(jù)在實(shí)驗(yàn)室條件下實(shí)測得到的“表活劑、堿、聚合物與界面張力活性關(guān)系圖”，計(jì)算出每個(gè)子區(qū)塊的界面張力等參數(shù)數(shù)據(jù)，作為原始輸入數(shù)據(jù)，經(jīng)SSSP處理形成數(shù)據(jù)流后，送CHEMEQCNT的程序入口，并對(duì)每個(gè)子化學(xué)平衡反應(yīng)模型CHEMEQSM(k)的參數(shù)進(jìn)行賦值；(3)以k為“循環(huán)控制”和“關(guān)聯(lián)控制”變量，按下述步驟依次對(duì)每個(gè)化學(xué)平衡反應(yīng)模型CHEMEQSM(k)進(jìn)行求解計(jì)算及解的關(guān)聯(lián)重組，得出總體采油方案與井工制度；5)在SSSP的監(jiān)控下，先用“仿真輸入數(shù)據(jù)流”對(duì)三元復(fù)合驅(qū)仿真模型ASPEXTMDG中的相對(duì)滲透率、粘度、濃度、飽和度、毛管力等變量賦值，并計(jì)算傳導(dǎo)率、對(duì)流中的濃度項(xiàng)，然后用CHEMEQCNT依次進(jìn)行以下求解計(jì)算(1)根據(jù)壓力方程PRSSUREQ求解相壓力、相流速和井的壓力限制、井的注入和產(chǎn)出速率；(2)根據(jù)物質(zhì)平衡方程MASBLCEQ、濃度方程，求解出各種組分的總濃度、注入的PV數(shù)及采出程度、相比例和井筒產(chǎn)出液的組成；(3)根據(jù)能量守恒方程ENGCSVEQ進(jìn)行化學(xué)平衡計(jì)算，解出新的離子平衡環(huán)境；(4)利用化學(xué)平衡模型計(jì)算有效含鹽量、醇的分配系數(shù)和其它相關(guān)組分的濃度；(5)進(jìn)行“相態(tài)閃蒸計(jì)算”，求解相飽和度和相組成；(5)利用上述結(jié)果計(jì)算界面張力、毛管數(shù)、相剩余飽和度、相對(duì)滲透率、相密度、相粘度、滲透率下降系數(shù)；6)將本次的仿真結(jié)果存儲(chǔ)于專用緩存區(qū)BUFFER的規(guī)定存儲(chǔ)單元CELL(i)中；7)判斷當(dāng)前仿真井的工作狀態(tài)，即根據(jù)其是否完井，或是否已關(guān)井/開井，如已關(guān)井，則依次讀入下一口井的類型及參數(shù)，即注入井、生產(chǎn)井、定壓井、定產(chǎn)井、射孔方向(x，y，z)、井的工作狀態(tài)，和井的運(yùn)行參數(shù)和段塞成分，并計(jì)算下一次迭代所需壓力方程系數(shù)矩陣的元素與迭代時(shí)間步長，經(jīng)動(dòng)態(tài)更新后，執(zhí)行從4)開始的新一輪迭代計(jì)算；8)以仿真推演時(shí)間變量T是否達(dá)到設(shè)定的最大值為判據(jù)，判斷要否繼續(xù)進(jìn)行仿真，如需繼續(xù)迭代，則更新時(shí)間變量后執(zhí)行從2)開始的循環(huán)，直到迭代計(jì)算結(jié)果滿足仿真要求；9)用FDEDPSW對(duì)暫存于BUFFER之CELL(i)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)果處理，生成“三元復(fù)合驅(qū)采油綜合工藝文件”，然后以多種媒體的形式輸出對(duì)比結(jié)果。
2.如權(quán)利要求1所述的一種低濃度表面活性劑與相態(tài)結(jié)合的三元復(fù)合驅(qū)計(jì)算機(jī)仿真方法，其特征是用所述的三元復(fù)合驅(qū)仿真模型的求解計(jì)算軟件CHEMEQCNT求解非線性微分方程時(shí)，可視情況分別采用如下方法編制相應(yīng)的求解軟件1)在用Newton法求解非線性方程組時(shí)，如此類方程組的F′(x)計(jì)算非常復(fù)雜但總是滿秩矩陣，可用簡化Newton法求解此類非線性方程組，即使用同一個(gè)矩陣F′(x)連續(xù)迭代m次然后再更新其矩陣元素，這里m是一個(gè)優(yōu)化參量；2)當(dāng)求解相態(tài)驅(qū)油體系模型時(shí)，可利用顯式解法IMPEC求解濃度方程，用閃蒸法計(jì)算相飽和度和相組成，但在求解模型時(shí)若碰到F′(x*)奇異的情形時(shí)，就在參數(shù)ω的收斂區(qū)間0＜ω＜2內(nèi)，適當(dāng)選擇參數(shù)ω的值，并且用線性變換放大時(shí)間步長，然后再用最小二乘法求解，就可把“矩陣F′(x*)的奇異”問題避開，以使方程求解順利而快速的進(jìn)行，并且保證仿真計(jì)算的精度不降低；3)當(dāng)需要求解非相態(tài)驅(qū)油體系模型時(shí)，可利用顯式法IMPEC求解濃度方程、隱式法求解壓力方程，即用等效拆分全隱式方法求解非相態(tài)驅(qū)油體系模型，其要領(lǐng)和具體過程是假定對(duì)仿真區(qū)塊劃分網(wǎng)格時(shí)符合笛卡爾坐標(biāo)離散條件，將總濃度的求解公式轉(zhuǎn)化為近似求解“分相組分”濃度的相關(guān)表達(dá)式，先求出n+r(0＜r＜1)時(shí)刻對(duì)流方程的解，再利用n+r時(shí)刻的對(duì)流方程解，求出n+1時(shí)刻擴(kuò)散方程解。
3.如權(quán)利要求1所述的一種低濃度表面活性劑與相態(tài)結(jié)合的三元復(fù)合驅(qū)計(jì)算機(jī)仿真方法，其特征是所述的FDEDPSW包括輸入數(shù)據(jù)前處理軟件FDPSW，計(jì)算結(jié)果后處理及顯示軟件EDPSW，其中FDPSW包括關(guān)鍵字?jǐn)?shù)據(jù)文件輸入軟件、變長度數(shù)組生成軟件，EDPSW包括一維曲線圖、二維色彩圖、三維立體圖生成軟件。
4.如權(quán)利要求1或3所述的一種低濃度表面活性劑與相態(tài)結(jié)合的三元復(fù)合驅(qū)計(jì)算機(jī)仿真方法，其特征是用所述FDPSW對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理的方法是1)先將輸入數(shù)據(jù)文件按類型分成“題頭注釋和油藏?cái)?shù)據(jù)、輸出選件信息、油藏性質(zhì)、一般物理性質(zhì)數(shù)據(jù)、地質(zhì)化學(xué)反應(yīng)劑的物化參數(shù)、生物降解數(shù)據(jù)、井?dāng)?shù)據(jù)”七個(gè)向量數(shù)組，每個(gè)向量數(shù)組設(shè)一關(guān)鍵字，然后對(duì)關(guān)鍵字進(jìn)行排序；2)根據(jù)對(duì)關(guān)鍵字的排序結(jié)果，依次把與關(guān)鍵字對(duì)應(yīng)的、字長各不相同的向量數(shù)組里的數(shù)據(jù)，自動(dòng)寫入到“容量動(dòng)態(tài)可變的數(shù)據(jù)暫存區(qū)”中，并標(biāo)出各向量數(shù)組在所述存儲(chǔ)區(qū)中的其起始地址；3)將帶有“關(guān)鍵字”和“地址指針”標(biāo)志且暫存于“數(shù)據(jù)暫存區(qū)”中原始基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，按地址指針進(jìn)行連接，生成一個(gè)帶有所述標(biāo)志的一維大數(shù)組，然后以數(shù)據(jù)流的形式把它送至后臺(tái)工作站的CHEMEQCNT程序入口處；4)將帶有“關(guān)鍵字”和“地址指針”標(biāo)志的一維大數(shù)組，按標(biāo)志分解成與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的向量數(shù)組，對(duì)相關(guān)數(shù)學(xué)模型的參數(shù)賦值后，用CHEMEQCNT正式進(jìn)行仿真計(jì)算；
5.如權(quán)利要求1或3所述的一種低濃度表面活性劑與相態(tài)結(jié)合的三元復(fù)合驅(qū)計(jì)算機(jī)仿真方法，其特征是用所述的EDPSW對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行處理的方法是1)用VC++中的類CcurveView、CtwoView、CcubeView，將暫存于BUFFER中的數(shù)據(jù)分別繪制成一維曲線圖、二維色彩圖、三維立體圖，以便給出全井及單井的注入量、產(chǎn)液量、產(chǎn)水量、產(chǎn)油量等與時(shí)間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，或把二維截面上的數(shù)據(jù)顯示為平面彩色圖和等值線圖，把三維數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為可隨意旋轉(zhuǎn)的三維立體圖形，以便更直觀的顯示仿真結(jié)果；2)將暫存于BUFFER中的“仿真結(jié)果數(shù)據(jù)”和“三元復(fù)合驅(qū)采油實(shí)驗(yàn)區(qū)所用采油工藝”數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合對(duì)比，生成“三元復(fù)合驅(qū)段塞注入程序及井工作制度文件”；3)保存經(jīng)EDPSW處理后的出的結(jié)果，然后或在終端設(shè)備上打印、顯示處理結(jié)果，或通過網(wǎng)絡(luò)化仿真服務(wù)軟件，將處理結(jié)果送局域網(wǎng)上，供注冊(cè)用戶觀看、查閱。
6.如權(quán)利要求1所述的一種低濃度表面活性劑與相態(tài)結(jié)合的三元復(fù)合驅(qū)計(jì)算機(jī)仿真方法，其特征是所述計(jì)算機(jī)仿真方法的編程語言環(huán)境為Fortran77或F90、Visual Basic6.0、Visual C++6.0，仿真程序既可在Windows操作系統(tǒng)下運(yùn)行，也可在ALPHA、SUN、及SGI等工作站的UNIX操作系統(tǒng)下運(yùn)行。
全文摘要
一種低濃度表面活性劑與相態(tài)結(jié)合的三元復(fù)合驅(qū)計(jì)算機(jī)仿真方法，包括一個(gè)完備的三元復(fù)合驅(qū)計(jì)算機(jī)仿真模型，與模型配套的求解計(jì)算方法和實(shí)現(xiàn)程序，以及仿真前后數(shù)據(jù)處理技術(shù)。建模時(shí)，方法采用了關(guān)鍵字?jǐn)?shù)據(jù)文件輸入、變長度數(shù)組生成、變厚度參數(shù)與死節(jié)點(diǎn)處理以及仿真模型自動(dòng)生成技術(shù)；求解模型時(shí)采用了簡化Newton法、參數(shù)Newton法和“分裂算法”等數(shù)值計(jì)算方法，避免了傳統(tǒng)方法中經(jīng)常出現(xiàn)的代碼錯(cuò)誤及奇異矩陣問題，有效地降低了非線性方程的階數(shù)，將仿真速度提高了2～5倍；仿真給出的“三元復(fù)合驅(qū)段塞注入程序及井工作制度文件”，可有效指導(dǎo)油田后續(xù)工業(yè)化開采時(shí)的方案設(shè)計(jì)、實(shí)際開采、驅(qū)油效果分析和指標(biāo)預(yù)測。
文檔編號(hào)G06F9/455GK1529238SQ20031010181
公開日2004年9月15日 申請(qǐng)日期2003年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月17日
發(fā)明者王冬梅, 廖廣志, 牛金剛, 陳國 , 顧根深, 王本, 周正祥 申請(qǐng)人:大慶油田有限責(zé)任公司