專利名稱：儲(chǔ)層模擬閃蒸計(jì)算中的穩(wěn)定性測(cè)試的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明 一般涉及計(jì)算機(jī)啟動(dòng)的地下儲(chǔ)層中流體流動(dòng)的儲(chǔ)層模擬， 尤其涉及組分的儲(chǔ)層模擬。
背景技術(shù)：
原理上可以將用于^^擬在地下含油氣儲(chǔ)層中的流動(dòng)的組分儲(chǔ)層 模擬器視為在給定壓力、溫度和組分下對(duì)一系列相連的混合流體池(單 元)建模。隨著時(shí)間進(jìn)展(隨著模擬器正在朝向找到結(jié)果的某最終時(shí)刻 采用時(shí)間步)，池中的條件由于流體運(yùn)動(dòng)、油井和其它外部因素而變化。 對(duì)每個(gè)新設(shè)置的壓力、溫度和全部流體組分而言，有必要進(jìn)行閃蒸計(jì) 算來建立流體相的數(shù)量及其總量和組分。該計(jì)算基本包括找到熱力學(xué)狀態(tài)函數(shù)(吉布斯自由能GFE)的最小值，并同樣本質(zhì)上是迭代的且常 常難以收斂和計(jì)算費(fèi)用昂貴，尤其在使用詳細(xì)的流體模型時(shí)，即，當(dāng) 呈現(xiàn)有許多油氣組分時(shí)。因此在設(shè)計(jì)計(jì)算性高效而健壯且準(zhǔn)確的算法 方面存在很大重要性。為了討論，將"閃蒸"計(jì)算中執(zhí)行的動(dòng)作將被再分成穩(wěn)定性測(cè)試和 分解計(jì)算(split calculation)，穩(wěn)定性測(cè)試試圖揭示當(dāng)前條件下給定 相的不穩(wěn)定性，分解計(jì)算的意圖是為假設(shè)的相結(jié)構(gòu)確定平衡相和組 分。在2006年2月SPE Reservoir Evaluation & Engineering的SPE 84181的Society of Petroleum Engineers的 Transient Simulations中， 由Claus P. Rasmussen、 Kristian Krejbjerg、 Michael L. Michelsen和 Kersti E. Bjurstrom著作的"/"cre肌'"g幼e CV 附/ w似&V /i"/ < /:Ca/cw/W^m51 w/,/rCo附/;固.,/owa/，，描述過一種提 高計(jì)算儲(chǔ)層模擬器中的閃蒸計(jì)算的效率的方法。在執(zhí)行閃蒸計(jì)算的過程中，大部分時(shí)間花費(fèi)在進(jìn)行穩(wěn)定性分析上。Rasmussen等人提出過 用于繞過許多穩(wěn)定性分析檢查的準(zhǔn)則。參考圖1，示出單元中流體的壓力-溫度圖。示出點(diǎn)A處在其中 氣相和液相都存在的兩相區(qū)域中。點(diǎn)B位于兩相區(qū)域和單相區(qū)域之間 的過渡線上(相邊界)。點(diǎn)C位于靠近兩相區(qū)域的單相區(qū)域的"陰影區(qū)" 中。最后，點(diǎn)D處在遠(yuǎn)至單相域中的"遠(yuǎn)距離"區(qū)域中。并且示出一條 豎線，將左邊的單相流體和右邊的單相氣體分開。根據(jù)單元中流體的 被估計(jì)的相狀態(tài)的位置，可以省略某些穩(wěn)定性計(jì)算而非一次性在迭代 期間對(duì)所有單元執(zhí)行穩(wěn)定性分析。下面將在節(jié)5中關(guān)于穩(wěn)定性測(cè)試更 詳細(xì)地描述用于繞過計(jì)算的該通用準(zhǔn)則。相應(yīng)于Rasmussen等人描述的"分解"計(jì)算和"穩(wěn)定性"計(jì)算的子 步驟使用"傳統(tǒng)的"方法，尺寸的非線性問題的伴隨解(attendant solution)等于油氣組分的數(shù)量。對(duì)改善這些子步驟效率存在發(fā)揮的余 地，尤其對(duì)于包括大量組分的模擬模型而言。在SPE 63083中由Firoozabadi， A.和Pan， H.著作的"F"W <md及o6MSt 爿/go,/,/r附 /or 。附"由V 冊(cè)/ 尸"W 7"5^6i7/印爿w"/p/y，，和在SPE 71603中由Firoozabadi, A.和Pan, H.著作的//-7V^P/^w F/flW，討論了約簡變量策略在組分儲(chǔ)層模擬的穩(wěn)定性 計(jì)算和分解計(jì)算中的應(yīng)用；但是作者并未教導(dǎo)如何避免穩(wěn)定性測(cè)試。同樣，公式化的特定穩(wěn)定性算法會(huì)經(jīng)歷收斂困難，尤其在遇到遠(yuǎn)至欠 飽和區(qū)中的情況時(shí)。另外，分解算法按照氣相進(jìn)行公式化并將在露點(diǎn) 附近出現(xiàn)數(shù)值和/或收斂困難，這是由于實(shí)際上不存在液相而導(dǎo)致。牛頓法則通常用于求解非線性系統(tǒng)方程。必須留意以確保迭代不 會(huì)超過未知量的物理邊界。在將牛頓法則應(yīng)用于按照約簡變量進(jìn)行公 式化的相態(tài)中的問題時(shí)，需要確保不違反約簡變量上的物理邊界。通過本發(fā)明隨后的詳細(xì)描述將解決上述引用的組分儲(chǔ)層模擬的 前述方法的缺陷。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供了 一種執(zhí)行地下含油氣儲(chǔ)層的組分儲(chǔ)層模擬的方法、 系統(tǒng)和載有指令的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。為了在組分儲(chǔ)層模擬器中獲得相 態(tài)計(jì)算的最佳效率，將用于閃蒸計(jì)算的約簡變量與條件穩(wěn)定性測(cè)試的方法相結(jié)合使用。并且，優(yōu)選將最不豐富的相(abundant phase)選擇 為與主相相關(guān)聯(lián)的主變量，并將次相選擇為用于更豐富的相，從而由 于將主相選擇為與最不豐富的相相關(guān)聯(lián)而通過不用接近于零的值來 除來確保穩(wěn)定性。同樣，有界區(qū)間可用于限制約簡變量算法(相分解和 穩(wěn)定性)中的解變化，以實(shí)現(xiàn)算法的更大穩(wěn)定性。另外，使用約簡變量 通過基于約筒變量的定義和切面距離條件采用直接剩余形式，可以在 閃蒸計(jì)算期間執(zhí)行穩(wěn)定性測(cè)試。本發(fā)明的一個(gè)目的是為了在組分儲(chǔ)層模擬器中獲得相態(tài)計(jì)算的 最佳效率，將用于閃蒸計(jì)算的約簡變量的原理與條件穩(wěn)定性測(cè)試方法 相結(jié)合。本發(fā)明的一個(gè)目的是通過選擇相應(yīng)于呈現(xiàn)的最不豐富的相的主 變量來提供更可靠的約簡變量的相分解算法。本發(fā)明的另 一 目的是使用有界區(qū)間來限制約簡變量算法(相分解 和穩(wěn)定性)中的解變化，以實(shí)現(xiàn)該算法的更大穩(wěn)定性和/或避免過多迭 代。本發(fā)明的又一 目的是提供一種的增強(qiáng)的執(zhí)行穩(wěn)定性測(cè)試方法，其 使用約簡變量通過基于約簡變量的定義和切面距離條件采用直接剩 余形式來執(zhí)行。


通過下面的描述、待審權(quán)利要求和附圖，本發(fā)明的這些目的和其 它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將變得更好理解，其中圖1是描繪相平面中的幾個(gè)區(qū)域的壓力-溫度圖，用于例示對(duì)條 件穩(wěn)定性測(cè)試方.法重要的原理；圖2是例示條件穩(wěn)定性測(cè)試邏輯和約簡變量算法的組合使用的流程圖，其中條件穩(wěn)定性測(cè)試邏輯用于全面閃蒸更新，而約簡變量算 法用于以組分儲(chǔ)層模擬器的特定時(shí)間步的穩(wěn)定性和相分解問題的迭代解；圖3例示為了安全保護(hù)的牛頓迭代而應(yīng)用于約簡變量的物理限制；圖4是非線性迭代循環(huán)的功能框圖，包括在流體流動(dòng)的計(jì)算機(jī)化 模擬期間進(jìn)行的閃蒸計(jì)算，并將本發(fā)明并入地面下含油氣儲(chǔ)層模型的 內(nèi)容中；圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方法實(shí)施例的功能框圖； 圖6是根據(jù)本發(fā)明的另一方法實(shí)施例的功能框圖； 圖7是根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的實(shí)施例的示意性 表示圖。
具體實(shí)施方式
下列術(shù)語將用于隨后的方程 符號(hào)萬=切面3巨離(TPD)G =吉布斯自由能函數(shù)(GFE)c =油氣組分的數(shù)量附=非零本征值的數(shù)量Af =約簡參數(shù)的數(shù)量，等于(m+l)戶=壓力g =元素仏的約簡變量(M-向量)Q =元素^的大小Afc的約簡系數(shù)矩陣及=通用氣體常數(shù)r = 溫度X = 液相組分(摩爾分?jǐn)?shù)) y = 氣扭級(jí)分(摩爾分?jǐn)?shù))F = 試驗(yàn)相的非標(biāo)準(zhǔn)化摩爾z = 原料(feed)(總)組分(摩爾分?jǐn)?shù)) 下標(biāo)/，/'= 組分索引 =約簡變量索引 丄=流體F = 氣體上標(biāo)F = 原料相(feed phase) r = 試驗(yàn)相希臘符號(hào)^= 逸度系數(shù)《 =二元相互作用系數(shù)(BIC)在SPE 63083中由Firoozabadi， A.和Pan, H.著作的"FflW a""Jwfl/"&"和在SPE 7160中由Firoozabadi, A.和Pan, H.著作的"F"W / 06ws, ^4/gtfr/f/t附/or Co/w/70si"V "fl/ Afo</e//wg，.J7畫JW0-i^flse jF7^A的教導(dǎo)，由此通過引用全部并入本文。同樣，Pita等人的美國專 利申請(qǐng)2006/0036418 ， "Highly Parallel, Implicit Compositional Reservoir Simulator for Multi-Million-Cell Models"的內(nèi)容通過引用 全部并入本文。另夕卜，2006年2月SPE Reservoir Evaluation & Engineering的 SPE 84181 的 Society of Petroleum Engineers的 Transient Simulations中由Claus P. Rasmussen、 Kristian Krejbjerg、 Michael L， Michelsen和Kersti E. Bjurstrom著作的"/"cmiwVig Co附戸似,/ow"/ iS/^ed 0/ /7"s/p C"/cw/fl,/tms1 w/幼々/7//ctf&Vms /or Co附/7^/^wfl/"，其內(nèi)容通過引用并入本文。最后，在9(1982) 1-19的 Fluid Phase Equilbria中由Michael L. Michelsen著作的"7V^/m,/^/tm"http://7flW /7n 6/e附，/ 5"似6仏7^"和在9(1982) 21-40的Fluid Phase Equilibria的Phase-split Calculation的Part II中由Michael L. Michelsen著作的"7^e /5^/^r附"/ F/"W尸ro6/ew"所包含的教導(dǎo)也全 部并入本文。圖4示出非線性迭代循環(huán)期間采取的一般步驟。進(jìn)行了特性和 EOS計(jì)算。于是產(chǎn)生雅可比矩陣。使用線性解算器來求解線性方程組 的解。然后對(duì)所述解的充分收斂性進(jìn)行測(cè)試。如果不充分收斂則進(jìn)行 新的EOS和特性計(jì)算。否則，輸出收斂的結(jié)果。1.三次狀態(tài)方程對(duì)于純物質(zhì)，狀態(tài)方程(EOS)是壓力、溫度和體積之間的數(shù)學(xué)關(guān) 系；對(duì)于混合物，將組分被加到該關(guān)系中。EOS的三次形式是迄今最 普遍的，而尤其是EOS的Redlich誦Kwong畫Soave畫Peng-Robinson族已 經(jīng)長期是組分儲(chǔ)層模擬中的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。優(yōu)選將EOS —般性寫成壓力-表示的形式尸=丘r(i)以包含該族的所有成員。在方程(l)中，參數(shù)附7和附2用于表示依賴于溫度的引力項(xiàng)ff=<7)的影響，而6是斥力項(xiàng)。相應(yīng)于參數(shù)選擇項(xiàng)附7和w2的特定EOS如下給出EOSRedlich-Kwong(RK) Soave-Redlich-Kwong(SRK) Peng-Robinson(PR)定義在裙遂厲f或<formula>formula see original document page 11</formula>
并通過下列表達(dá)式將無量綱的相對(duì)項(xiàng)(counterpart)j、必引入 EOS參數(shù)"、6:<formula>formula see original document page 12</formula>使用定義(2)-(4)重新整理方程(l)來產(chǎn)生EOS的三次形式根據(jù)相和其它考慮來求解上式得出正確的根Z=Z^，W。 當(dāng)對(duì)混合物應(yīng)用EOS時(shí)-正如與純物質(zhì)相反-應(yīng)用；遂^^魂/;/來計(jì) 算參數(shù)"和6(或相當(dāng)?shù)腏和必)。對(duì)引力參數(shù)最常使用的混合規(guī)則是對(duì)稱二重和這里，《是二^初互斧^屑炎(BIC)，說明不同類型組分之間的 化學(xué)相互作用。它是具有零對(duì)角線元素的對(duì)稱矩陣。 通常將斥力參數(shù)計(jì)算為摩爾平均數(shù)(7)在表達(dá)式(6)-(7)中，純組分項(xiàng)由下式給出<formula>formula see original document page 12</formula>(8)(9)、其分別引入約簡壓力和約簡溫度i; e tvt;,這里t;和《表 示組分臨界特性。溫度依賴函數(shù)Qa,, =Q。,,(r)的函數(shù)形式取決于所選的EOS。使用W/來指明組分偏心(ascentric)因子，定義關(guān)系如下對(duì)于RK' Q。,C0 = fV^對(duì)于SRK, Qa,(T)-f^[l+(0.48+1.574Wi-0.176wf)(l-^)]2對(duì)于PR,Q。,(T) = ￡\ [1+(0.37464+1,，效^0.26992^)(1-7^)]2 (12) 還支持Peng-Robinson的"校正的，，形式，提供下列形式作為方程(12)的替換-,+(0.379642+1.48503Wi-0.64423w,2+0.0脇6w )(l-7^")]2其中^ >0.49 Q [l+(0.37464+1.54226Wi-0.26992w )(l-^)]2 其中w, ^ 。'49(13)對(duì)于EOS的Redlich-Kwong-Soave-Peng-Robinson族而言，項(xiàng) 。6,,=^是不依賴于溫度的常數(shù)。由下表給出EOS常數(shù)Q。。和^。的默認(rèn)值-用戶可以不考慮它們畫 Q。。 ARK，SRK 0.4274802 0 08664035PR 0.457235529 0.07796074例如方程(l)的兩參數(shù)EOS的傳統(tǒng)缺點(diǎn)是對(duì)流體密度的經(jīng)常性很 差的預(yù)測(cè)。為了補(bǔ)救該缺點(diǎn)，可以使用通過標(biāo)準(zhǔn)Peneloux等人的體積 平移的三參數(shù)擴(kuò)展方法。在這種框架中，根據(jù)下式計(jì)算摩爾體積這里，v柳是由EOS、方程(2)和(5)預(yù)測(cè)的摩爾體積；而校正項(xiàng)由 下式計(jì)算得出<formula>formula see original document page 13</formula>這里^表示相組分而。是一組體積平移，其根據(jù)下式與用戶提供的無量綱體積平移^相關(guān)<formula>formula see original document page 13</formula>最后，逸度系數(shù)及其導(dǎo)數(shù)是EOS算法構(gòu)造中的基本建筑塊?？?以使用第一法則由EOS直接計(jì)算出逸度系數(shù)及其導(dǎo)數(shù)。對(duì)于一般類 型方程(l)的EOS可以示出它們具有下列形式<formula>formula see original document page 13</formula>組分的逸度是其從相"逃逸的趨勢(shì)"的測(cè)量值并因此直接用在平衡計(jì)算中 <formula>formula see original document page 13</formula>可以把熱力學(xué)平衡條件表達(dá)為乂^y;、或相當(dāng)?shù)兀? ， 由其可將K值的定義引入為《〃,",=#/《。2.對(duì)EOS的約簡變量近似如上述已經(jīng)注意到，矩陣l-《是對(duì)稱的并因此被賦予本征向量和 相應(yīng)實(shí)本征值的完備正交集k,《卜《=l...c。因此通過頻譜擴(kuò)展定理 可以將該矩陣表示為級(jí)數(shù)a-l矩陣l-《的實(shí)際秩將取決于流體系統(tǒng)中呈現(xiàn)的非油氣組分的數(shù) 量(具體為呈現(xiàn)多少"不同"組分)以及《是否已經(jīng)被廣泛地調(diào)節(jié)為EOS 調(diào)整過程的一部分。不過，在大多數(shù)情況下秩為低，具有許多可以忽略或?yàn)榱愕谋菊髦怠Ｒ虼耍僭O(shè)量級(jí)小于某下限，比如l4l",。,的任何本征值可以被安 全忽略而不影響預(yù)測(cè)，則產(chǎn)生有效的秩ma秩(l-^)?，F(xiàn)在可以引入近似表達(dá)式其導(dǎo)致隨后將引入的算法中相當(dāng)大的節(jié)約，假設(shè)附《^成立。 值得強(qiáng)調(diào)的是i-《是用于固定流體描述的常數(shù)矩陣；因此公式(15)中固有的分解將只計(jì)算一次并在算法中使用而不會(huì)導(dǎo)致運(yùn)行時(shí)間 的不利。將近似展開式(15)代入公式(6)中產(chǎn)生y=l a-i接著，令 并引入矩陣2(p,r)ef、該矩陣的元素由下式定義、Aa…w、…《vx厭(17)利用這些定義，我們可以將公式(16)寫成a=l V ('=1，、)='(18)引入約簡變量的向量(仏，...^/):^三1>。入其中a = l"..，M(19)并將方程(19)代入方程(18),產(chǎn)生對(duì)^特別簡單的形式及其摩爾分?jǐn)?shù) 導(dǎo)數(shù)"i ^， ^(21)隨后還有"1> 1>W4 (22)為了以后參考，注意到關(guān)于摩爾分?jǐn)?shù)的物理約束，OQ,l，這意 味著約簡變量必然受到矩陣元素的最小值/最大值的約束，即2rsr^n(^)《a^m"(^.)^2r其中《 = 1"..，M (23)隨后在特殊形式(23)中min(5,) S 5 Smax(5,)必須成立。乂 J ■/ 乂將方程(20)-(22)的爿、2",和5代入逸度系數(shù)(14)的原始表達(dá)式， 依賴性從c個(gè)組分減少到更小組的Af個(gè)約簡變量d附2)Ql/ l Gw 。=1 J "附仏7+附必(24)這里Z-Z(^)按照方程(20)和(22)從Z-Z^，A得來,3.約簡變量中的穩(wěn)定性測(cè)試算法混合物的穩(wěn)定性由切面距離(TPD)準(zhǔn)則確定，該準(zhǔn)則在Fluid Phase Equilibria 9(1982) 1-19中由Michelsen， M. L.著作的"The Isothermal Flash Problem. Part I. Stability，，建立，其可簡明陳述如下^任勿，容譯的試^^邀為、》T尸Z)(力三力_y, (In x + In 0,(力—In — In辦O)) 2 0 (25)逸為、z W初4掙定戶，r7"乂^定W。 這種類型的全局最小化問題一般不易直接處理；不過，合理的折衷是對(duì)公式(25)的穩(wěn)定點(diǎn)執(zhí)行搜索并在所有這種點(diǎn)處驗(yàn)證TPD的非 負(fù)性?？梢栽谝韵路匠蘬n兀.+11^0)-1112廣111^(2) = ^: (26)的解中找到TPD的所有穩(wěn)定點(diǎn)，而穩(wěn)定性的必要條件是需要在所有牙急定點(diǎn)處，A;三r尸D(力2 0 。變量l^;;,exp(-W的簡便變化將方程(26)變換成不受約束的、非標(biāo)準(zhǔn)化摩爾的c個(gè)方程ln K + ln ^ (F) - In z, - In -, (z) = 0 (27) 或者，將方程(27)的常數(shù)部分表示成《slnz,+lr^,(z)，更簡潔地重寫為ln" + ln《(I0-《=0 (28)因此穩(wěn)定性的必要條件是在所有穩(wěn)定點(diǎn)處r一 ^]}^ expHt) S1 。為了對(duì)穩(wěn)定點(diǎn)進(jìn)行詳盡搜索并確保不遺漏任何不穩(wěn)定的狀態(tài)，標(biāo) 準(zhǔn)程序需要待解方程(28)從"輕，，試驗(yàn)相和"重，，試驗(yàn)相兩者開始。在這種計(jì)算中的初始估計(jì)是基于由下列表達(dá)式在(r，戶)處給出的威爾遜K值lnAf =1《/尸)+ 5.373(1 + ,-7;/:0 (29)3.1直接求解法":;,邀個(gè)公式是通過廣泛測(cè)試已經(jīng)成為組分儲(chǔ)層模擬器所優(yōu)選的公 式，其可以視為直接應(yīng)用于按照試驗(yàn)-相摩爾來定義約簡變量關(guān)系的系統(tǒng)的牛頓迭代法。在實(shí)施的同時(shí)使用穩(wěn)定性條件(28)。
為了使上述內(nèi)容更明確，考慮將約簡變量的定義(19)寫成對(duì)于試 驗(yàn)-相摩爾Y的剩余形式
^曰t^" —for = l".，，M (30)
'=1
調(diào)用平穩(wěn)性條件(28)，并觀察到項(xiàng)i—,可以視為e。的函數(shù)，我們
可以將試驗(yàn)相摩爾表達(dá)為約簡變量的函數(shù)，即
柳-exp(《-ln婦) (31)
合起來，方程(30)-(31)形成閉合系統(tǒng)，其必須由在TPD函數(shù)6, 任何穩(wěn)定點(diǎn)處的M個(gè)未知約簡變量込來滿足
^^^>"(0 —&(2)!2 其中"",…，m (32)
可以看出上述系統(tǒng)的雅可比行列式具有下列形式
l-twa—U^^-J^其中i",/^m (33) * ,.=1 %
方程(33)中出現(xiàn)的逸度系數(shù)的導(dǎo)數(shù)可通過方程(24)由EOS計(jì)算得出。 緊接著對(duì)牛頓系統(tǒng)求解
r!丫
△g* = (34)
通過下式對(duì)該解進(jìn)4于更新
并隨后對(duì)非標(biāo)準(zhǔn)化摩爾進(jìn)行修正以滿足TPD平穩(wěn)性關(guān)系(31)，
即
C=exp(《 ')) (36)
如果更新(35)會(huì)違反RV上的邊界(23)，則放棄該更新且替代性 執(zhí)行傳統(tǒng)的連續(xù)代入步驟。這可以通過以舊的迭代&應(yīng)用步驟(36)來 實(shí)現(xiàn)。
4.約簡變量的相分解算法 '；'
當(dāng)(通過例如穩(wěn)定性分析)已經(jīng)建立了存在的兩個(gè)油氣相時(shí)，通常必須通過求解一組C個(gè)非線性等逸度方程解出例如氣相中的摩爾來計(jì) 算平衡相的組分和量。
在該節(jié)中，描述了約簡變量方法，其允許我們改為求解一組(M+1)
個(gè)主變量H(《，…，eCO，這里P指示^^《而/是相應(yīng)的相分?jǐn)?shù)。
原則上，可以將任一相指示為主相并對(duì)其求解；不過，從數(shù)值角 度講，最好對(duì)處不豐富的相(尤其在相邊界附近)求解。因此，在泡
點(diǎn)附近要使用(er,...,^7)，而在露點(diǎn)附近要使用
基于當(dāng)前原料組分^和之前對(duì)平衡/T值，尺,Ey,/x,的猜測(cè)，可通 過求解Rachford-Rice (Rachford-Rice)方程解出氣體分?jǐn)?shù)來確定最 不豐富的相。
相應(yīng)于無解相S(次相)的變量由下面的質(zhì)量平衡計(jì)算得出
<j" 嚴(yán) (37)
注意到如果相s是更豐富的相的假設(shè)是正確的，則不存在被零除 的可能性。
利用SPE 71603中由Firoozabadi， A.和Pan， H.著作的"Fast and Robust Algorithm for Compositional Modeling: Part II — Two-Phase Flash"中概述的方法來求解這組(i^+1)個(gè)方程(假設(shè)氣體是
主相)
:=1 (38)
使用標(biāo)準(zhǔn)Rachford-Rice關(guān)系按照^值表達(dá)相組分會(huì)產(chǎn)生
<formula>formula see original document page 18</formula>系統(tǒng)(39)是閉合的，因?yàn)榭梢钥闯鯧值僅依賴于主變量。還注意 到Rachford-Rke方程(組(39)中的第2個(gè))在該/>式中不單獨(dú)求解，而 是成為剩余系統(tǒng)的一部分。4.1廣義K值形式
必須按照最不豐富的相的y來線性化系統(tǒng)(3 9)。為了繼續(xù)進(jìn)行， 我們現(xiàn)在例示如何按照戶相和S相以及"廣義的"K值一般性地寫出定 義方程，以使相-切換更便利。
以慣用形式使用K值的Rachford-Rice表達(dá)式為:
<formula>formula see original document page 19</formula>
引入K值倒數(shù)》^1/《，我們看到
<formula>formula see original document page 19</formula>
該例子使以下事實(shí)清楚，即，當(dāng)主相為氣體時(shí)通過引入與標(biāo)準(zhǔn)K 值一致的廣義K值，否則引入相當(dāng)?shù)腒值倒數(shù)，即
log義,=log《-log-,
由下式給出次相要組分和主相組分
<formula>formula see original document page 19</formula>
這里
現(xiàn)在可以把相分解條件統(tǒng)一寫為
<formula>formula see original document page 19</formula>
4.2系統(tǒng)雅可比行列式
指定主變量x、(^，…，^，/0和次變量f 已知主相組分/次相組分相對(duì)于主變量的導(dǎo)數(shù)，容易由剩余定義組合出系統(tǒng)雅可比行列式:
A , 3v/> 一
議;
議二
《
~
,=1 狄， —f《《
《 《議，曙
4.2.1相組分的導(dǎo)數(shù)
調(diào)用按照廣義值的相組分公式
xf /(i 《4f
其中1Sa,;K《A/ 其中l(wèi)《"M，y = A/>l 其中+ 1
為方便起見設(shè)定々=《-l和
(O2
5x〗
漢:
議
^汰'
，我們發(fā)現(xiàn)
<formula>formula see original document page 20</formula>
4.2.2廣義K值的導(dǎo)數(shù) 由廣義K值的定義，《s《/<，有
—汰,f^log《Slog- 其中^"m + 2
議r '(狄狄)
使用質(zhì)量平衡，次相逸度的主變量導(dǎo)數(shù)可寫成:
<formula>formula see original document page 20</formula>4.2.3逸度的導(dǎo)數(shù)
歸'
氛s
其中1S"M，
<formula>formula see original document page 20</formula>逸度系數(shù)相對(duì)于方程(46)和(47)中出現(xiàn)的相應(yīng)相的RV的導(dǎo)數(shù)直 接由方程(24)得出。 4.3牛頓更新
接著剩余方程(42)的構(gòu)造和通過方程(43)-(47)組合系統(tǒng)雅可比行 列式，可以求解牛頓系統(tǒng)
如上所述，結(jié)合穩(wěn)定性測(cè)試，更新的約簡變量必須總滿足約束條 件(23)。在目前情況下，還必須保證相分?jǐn)?shù)《+1=,以確保尊重物理邊 界0^,d。參見圖3，其示意性示出這些邊界。
如果在由方程(4 8)定義的迭代序列中的任何點(diǎn)處檢測(cè)到對(duì)這些 約束的違反，則指定的條件對(duì)應(yīng)于單相、或很差質(zhì)量的初始猜測(cè)排除 了收斂。在這種情況下，優(yōu)選終止迭代并繼續(xù)利用^C興矛始閃蒸計(jì)算。
5.儲(chǔ)層閃蒸-概要
圖4是非線性迭代循環(huán)的功能框圖，包括在地下含油氣儲(chǔ)層模型 中根據(jù)本發(fā)明的流體流動(dòng)的計(jì)算模擬期間進(jìn)行的閃蒸計(jì)算。圖2是例 示條件穩(wěn)定性測(cè)試和約簡變量變換的組合使用的流程圖，用于以組分 儲(chǔ)層模擬器的特定時(shí)間步來解決閃蒸問題。
儲(chǔ)層模擬器中的PVT模塊總是對(duì)檢測(cè)每個(gè)計(jì)算網(wǎng)格單元中新相 的出現(xiàn)負(fù)責(zé)，這是因?yàn)椴荒芤匀魏畏绞綇脑摻M的主變量和儲(chǔ)層方程中 推斷出該信息。
對(duì)于其中存在共存的平衡相的單元，從某種意義上說相應(yīng)的平衡 約束在整個(gè)系統(tǒng)的控制方程
中出現(xiàn)的情形是不同的。
可以簡單地將剩余方程(49)和系統(tǒng)剩余的余下部分合并；這意味
并由下式產(chǎn)生新的迭代:
a/三;c,^(尸，:r,;c)-乂《(尸,:r,力其中/ = i，.."c著模擬器和閃蒸剩余一起收斂，而不用進(jìn)行任何特定的閃蒸計(jì)算。已
知為"精確閃蒸(exact flash)"的其它可能性是用于確定滿足(49)的平衡 相和組分在嚴(yán)格容差之內(nèi)。在精確閃蒸方法中，剩余(49)是(數(shù)值上) 零，這是由于執(zhí)行的閃蒸迭代導(dǎo)致。只需要方程(49)相對(duì)于模擬器變 量的導(dǎo)數(shù)來說明對(duì)模擬器雅可比行列式所做的平衡的貢獻(xiàn)。
精確閃蒸策略是優(yōu)選的，部分地因?yàn)槠鋵?dǎo)致模塊設(shè)計(jì)，但原則上 是因?yàn)楦叨确蔷€性閃蒸約束的收斂常常需要特殊處理。另外，由更準(zhǔn) 確平衡相所導(dǎo)致、在執(zhí)行精確閃蒸計(jì)算中固有的額外工作多于模擬器 非線性迭代的更快收斂的補(bǔ)償。
在模擬器時(shí)間步進(jìn)過程所遇到的閃蒸問題的重復(fù)解中，有效應(yīng)用 節(jié)3.1和4中出現(xiàn)的穩(wěn)定性測(cè)試和相分解算法，需要仔細(xì)使用模擬網(wǎng) 格上壓力、溫度和組分的預(yù)先存在的條件。
5.1兩相區(qū)域
大體說來，在隨后的迭代中飽和單元絕對(duì)更可能保持兩相而不變 換成單相。另外，在大多數(shù)情況下，已經(jīng)計(jì)算出的平衡相組分和平衡 相量為已更新單元條件下的新的相分解計(jì)算提供良好的開始點(diǎn)。因 此，總是試圖使用以前的K值作為初始猜測(cè)并以非常小數(shù)量的迭代將 控制方程(42)收斂到嚴(yán)格的剩余容差(默認(rèn)值為'°)，以直接進(jìn)行 節(jié)4.3中描述的牛頓程序。在不太可能發(fā)生的情況下，迭代變量的過
5.2單相區(qū)域
欠飽和單元更可能保持單相而不產(chǎn)生其它相；但是，這只能用通 過穩(wěn)定性測(cè)試的完全確定性來建立，而傳統(tǒng)方法需要這種測(cè)試對(duì)遇到 的每個(gè)新條件，使用"輕"試驗(yàn)相和"重，，試驗(yàn)相兩者，從例如威爾遜K 值方程(2 9 )的粗起始點(diǎn)開始進(jìn)行。
一個(gè)有價(jià)值的目的是減少所執(zhí)行的昂貴的穩(wěn)定性測(cè)試的數(shù)量。過 去通過將測(cè)試限制于某些候補(bǔ)單元已經(jīng)對(duì)此進(jìn)行過嘗試，候補(bǔ)單元例 如相鄰于多個(gè)簇(cluster)的現(xiàn)有的湧A相單元。不過，這種算法最終 是啟發(fā)式的，并且從某種意義上， 一旦已經(jīng)揭示不穩(wěn)定性、必須測(cè)試新鄰居時(shí)則引入遞歸分量。這在并行模擬器中具有不期望的含義。
釆納與2006年2月SPE Reservoir Evaluation & Engineering的 SPE 84181的Society of Petroleum Engineers的Transient Simulations 中由 Claus P. Rasmussen 、 Kristian Krejbjerg 、 Michael L. Michelsen 和 Kersti E. Bjurstrom 著作的"/wcmw/wg Ac O 附戸似".o廳/ F/mA CVi/cw/tf"Vm51 w/,A 々/7//cfl"Vm51 /or
o 附/^w'^rtfl/"相關(guān)聯(lián)的優(yōu)選方法，這里將其稱為殺斧《l;t^iW試 (cst)。該方法是基于監(jiān)視相平面中每個(gè)單相單元的近似位置，而不
考慮局部網(wǎng)格條件(local grid condition)。下面結(jié)合圖附圖例示出現(xiàn)的情況。
單相區(qū)域被再分成鄰近相邊界的"陰影"區(qū)域(C)，其特征在于對(duì) 于這組P和r， TPD方程(26)具有一個(gè)非平凡解和TPD的一個(gè)相應(yīng)正 值。超出陰影區(qū)域是遠(yuǎn)距離區(qū)域(D)，其中只存在TPD方程的平凡解 (V=z)。因此陰影區(qū)域用作遠(yuǎn)至單相區(qū)域和兩相區(qū)域自身的狀態(tài)之間的 緩沖區(qū)。
CST的中心理念是如果在給定單元中經(jīng)歷的變化量足夠小，則 試圖跳過區(qū)域(D)中的穩(wěn)定性計(jì)算。對(duì)于區(qū)域(C)中的單元，穩(wěn)定性測(cè) 試是"單側(cè)的"并利用牛頓迭代從具有正TPD的前面計(jì)算的非平凡解 開始。
但是，當(dāng)示出在陰影區(qū)域的寬度在臨界區(qū)域中縮減為零時(shí)，需要 測(cè)量到臨界點(diǎn)的距離，以便安全跳過區(qū)域(D)中的計(jì)算。由邁克遜引入 的該測(cè)量由下列矩陣的最小本征值給出
a 3 In ^人
(50)
當(dāng)發(fā)現(xiàn)單元中的條件y、 f\ z,處于區(qū)域(D)中時(shí)，已計(jì)算矩陣 (50)并確定其最小本征值r,min(e/g(J ))。接著存儲(chǔ)標(biāo)有(*)的所有的值 便于再用。
, 在新條件P、 7\ a下的后續(xù)計(jì)算中,，關(guān)于基本點(diǎn)將狀態(tài)變量變 化定義為AF三p一尸',Ar三r—r,，A^ = (51)通過列表的與臨界點(diǎn)s = ^4的近似距離來衡量用戶提供的容差
參數(shù)(默認(rèn)值^=0.1)，建立了計(jì)算容差。
如果下列條件都被滿足，則可以在新條件下跳過穩(wěn)定性測(cè)試
-Ar/r'"
5.3 ^C關(guān)矛始閃蒸計(jì)算
在上述節(jié)5.1和5.2中概述的程序中，存在算法失敗的可能性。例如，假設(shè)的兩相狀態(tài)實(shí)際上為單相；或者，初始猜測(cè)的值不足以允許以牛頓法則進(jìn)行收斂。類似地，之前位于陰影區(qū)域或遠(yuǎn)距離區(qū)域中的單相狀態(tài)可能已經(jīng)經(jīng)歷條件方面的變化，即，條件太大而不允許推論出該流體保持穩(wěn)定為單相。在這種情況下和在對(duì)于沒有可用的初始信息的情形下，需要雙關(guān)(拉丁語"從開始，，)進(jìn)行閃蒸計(jì)算。本方法是基于邁克遜的工作。主要的差異涉及穩(wěn)定性測(cè)試步驟的節(jié)3.1的約簡變量技術(shù)的使用。
為了開始進(jìn)行解釋，注意到對(duì)假設(shè)的組分x、 j;的兩個(gè)相而言，
當(dāng)被視為單相時(shí)的流體的GFE之差可以表達(dá)為
△G s (1 - / )Z x, (log x, + log <) + "S 乂 (log乂 + log《)一 Z A (log z, + log <)
使用質(zhì)量-平衡2,=(1-^);c,+外,，這可以寫為AG = 0 -/ )ZXC + log^, -'。gz' - '一,) + 〃Z W。g少,+ Iog< -logz, - log。
或者，確認(rèn)流體和氣體組分的切面距離
AG = (1 — y9)TPD(x) + 〃TPD(y)
如果發(fā)現(xiàn)組分X、 j;滿足質(zhì)量平衡，其中AG〈0，則在當(dāng)前條件戶和r下，混合物z,是不穩(wěn)定的。另外，如果TPD(x)〈0或TPD(y)O，
則混合物也是不穩(wěn)定的(實(shí)際上，使用小閥值而不用零；默認(rèn)設(shè)置為rPD<^A = -10-u)。在這種情形下，穩(wěn)定性測(cè)試是多余的。^C興矛始算法的步驟如下
首先，使用方程(29)估計(jì)^(p,r,z)、原料的吉布斯自由能和威爾遜K值7C。接著，執(zhí)行三個(gè)循環(huán)的連續(xù)代入。如果在該過程中觀察到
AG<0.0，則原料是不穩(wěn)定的，而當(dāng)前組分可在后續(xù)分解計(jì)算中使用。如果改為77^00<0或77^0)<0的情況，則該結(jié)論同樣適用。對(duì)估計(jì)的選擇現(xiàn)在將基于指示不穩(wěn)定性的是哪個(gè)相，例如，如果77>"00<0則將K值估計(jì)為l。g《仨l。g《(x)-1。g《。如果三次迭代之后仍未揭示不穩(wěn)定
性，則可能沒有明確結(jié)論并要執(zhí)行全部穩(wěn)定性測(cè)試。
如果通過穩(wěn)定性測(cè)試或上面概述的SS方法檢測(cè)到不穩(wěn)定性，則現(xiàn)在可針對(duì)其目標(biāo)函數(shù)AG為負(fù)的情況使用該估計(jì)。應(yīng)用三個(gè)額外的循環(huán)，每個(gè)循環(huán)包含三個(gè)SS迭代，每個(gè)循環(huán)都試圖使過程加快。在該
方法中只收斂到GFE的最小值是可能的。如果循環(huán)完成后滿足收斂容差，則算法終止；如果否，則為了最終收斂而應(yīng)用強(qiáng)制精確下降的二次嚴(yán)格的GFE最小化算法。從而，總是避免平凡解，并保證收斂到GFE的最小值。5.4相標(biāo)記
一旦已經(jīng)證實(shí)組分z,的流體在現(xiàn)行壓力和溫度下穩(wěn)定為單相，則必須給它指定"油"或"氣"的標(biāo)簽，主要原因是計(jì)算相的流動(dòng)特性時(shí)需要應(yīng)用正確的相對(duì)滲透率表。
但是，重要指出的是當(dāng)接近臨界點(diǎn)時(shí)這種區(qū)別逐漸變得沒有意義，而目前沒有普遍接受的標(biāo)記方法一當(dāng)前模擬器在這方面顯示出大量的可變性。從物理角度看，當(dāng)相變得不可區(qū)分時(shí)，相的流動(dòng)特性不能合理地依賴于該表。
雖然看似清楚的是用于標(biāo)記問題的最嚴(yán)格的方法是確定混合物的真實(shí)臨界點(diǎn)，但是這是費(fèi)用昂貴的過程，而且可能不需要準(zhǔn)確的確定，尤其是如果特性被推延到油和氣體之間靠近真實(shí)或近似的臨界點(diǎn)。
為此，本模擬器對(duì)偽-臨界溫度使用簡單校正，預(yù)期其足夠準(zhǔn)確以允許完全遠(yuǎn)離易混合條件而正確標(biāo)記相。這種稱作李-校正方法表示組分臨界溫度的加權(quán)平均<formula>formula see original document page 26</formula>
這里r是校正因子，其通常是統(tǒng)一的，除非模型已經(jīng)被調(diào)整為匹配初始化數(shù)據(jù)，例如氣-油接觸的位置。
在工作溫度r下使用(52)，將滿足7<巳,,的流體標(biāo)記為油；否則
才示^己為氣。
再次參考示出儲(chǔ)層模擬方法的圖4。在步驟100中，估算儲(chǔ)層模型和儲(chǔ)層數(shù)據(jù)。在步驟110中計(jì)算流體相特性和狀態(tài)方程。這種計(jì)算可以是其中節(jié)1-4中描述的那些內(nèi)容。在步驟120中如其中節(jié)1-4.2中所教導(dǎo)地產(chǎn)生雅可比矩陣。接著依照節(jié)1-4.2.3的教導(dǎo)在步驟130中求解線性方程。之后依照節(jié)1-4.3的教導(dǎo)在步驟140中更新解。然
后依照節(jié)1-4.2.3的教導(dǎo)為了穩(wěn)定性或收斂來測(cè)試解。于是在步驟160中將計(jì)算出的解輸出給用戶。
參考圖5，例示儲(chǔ)層模擬的方法200。在步驟210中選擇了單元，該單元中具有氣相和液相。在步驟220中估計(jì)氣相和液相中哪個(gè)以最不豐富的量呈現(xiàn)。在步驟230中，將具有最不豐富量的相指定為主相，并將另一相指定為次相。在步驟240中，利用主變量和主相計(jì)算主相的相特性，并利用質(zhì)量平衡和與次相相關(guān)聯(lián)的次變量計(jì)算次相的相特性。在步驟250中，通過用主相而不用接近于零的值來除而在計(jì)算中確保穩(wěn)定性。
在該方法中，主相和次相的相特性可包括壓力、溫度和主相的壓力。在該方法中，主相和次相的相特性可包括壓力、溫度以及主相的壓力、組分和量。
在該方法中，步驟240的計(jì)算可進(jìn)一步包含用于計(jì)算主相和次相的相特性的下列步驟(i)利用約簡變量算法和與主相和次相相關(guān)聯(lián)的主變量和次變量，產(chǎn)生Rachford-Rice表達(dá)式；(ii)利用K值和K值倒數(shù)線性化Rachford-Rice表達(dá)式，由此產(chǎn)生線性表達(dá)式；義iii)利用主變量和次變量產(chǎn)生雅可比矩陣；和(iv)求解線性表達(dá)式和雅可比矩陣以更新相特性并對(duì)穩(wěn)定性進(jìn)行測(cè)試。這些步驟在其中節(jié)1-4.2.3中進(jìn)行了教導(dǎo)。在上述方法中，步驟(iii)還可包括下列步驟(l)計(jì)算相組分的導(dǎo)數(shù)；(2)計(jì)算K值的導(dǎo)數(shù)；和(3)計(jì)算相應(yīng)于每個(gè)主變量和次變量的逸度系數(shù)的導(dǎo)數(shù)。
參考圖2和6，例示另一方法300，用于在計(jì)算機(jī)啟動(dòng)的儲(chǔ)層模擬期間確定單元中流體的組分。在步驟310中，當(dāng)在之前時(shí)間步中單元有具備多個(gè)相的流體時(shí)，使用K值執(zhí)行直接約簡變量分解計(jì)算。在步驟320中，當(dāng)在之前時(shí)間步中單元有具備位于陰影區(qū)域中、流體側(cè)的單相的流體時(shí)，使用氣體初始摩爾執(zhí)行單側(cè)約簡變量穩(wěn)定性測(cè)試。在步驟330中，當(dāng)在之前時(shí)間步中單元有具備位于陰影區(qū)域中、氣體側(cè)的單相的流體時(shí)，使用流體初始摩爾執(zhí)行單側(cè)約簡變量穩(wěn)定性測(cè)試。在步驟340中，當(dāng)單元處于遠(yuǎn)距離區(qū)域中時(shí)，對(duì)單元執(zhí)行^興矛始閃蒸計(jì)算以確定流體組分并前進(jìn)到步驟360。這里^C關(guān)矛始計(jì)算如節(jié)5.3中所教導(dǎo)。在步驟350中，要確定在步驟310、 320或330中是否存在失敗。在步驟350中，當(dāng)確定存在失敗時(shí)，同樣對(duì)單元執(zhí)行雙興矛始閃蒸計(jì)算以確定流體組分并且該方法前進(jìn)到步驟360。在步驟350中，當(dāng)流體被確定為單相時(shí)，執(zhí)行額外計(jì)算以確定在相平面中的位置，并重復(fù)步驟320-340。在步驟360中，當(dāng)不存在失敗時(shí)使用計(jì)算出的結(jié)果。
參考圖7，例示在確定單元中的流體組分的儲(chǔ)層模擬期間利用的在系統(tǒng)390中的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)410。正如本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易領(lǐng)會(huì)的那樣，計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)還可以是系統(tǒng)組件，在該系統(tǒng)中計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)或軟件410與例如計(jì)算機(jī)終端的輸入設(shè)備400和中央處理單元(CPU)460交互。本領(lǐng)域技術(shù)人員還將容易領(lǐng)會(huì)到這種系統(tǒng)還是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的一部分。計(jì)算機(jī)介質(zhì)410包括從源接收輸入儲(chǔ)層模型和數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)接收器420。該計(jì)算機(jī)介質(zhì)410還包括最不豐富量指定器430，其響應(yīng)于由數(shù)據(jù)接收器接收的輸入數(shù)據(jù)來估計(jì)單元中流體的氣相和液相中哪個(gè)以最不豐富量呈現(xiàn)。最不豐富量指定器430還將具有估計(jì)的最不豐富量的相指定為主相，并把另一相指定為次相。
計(jì)算機(jī)介質(zhì)410還包括流體相特性計(jì)算器440,其利用主變量和主相計(jì)算主相的相特性。流體相特性計(jì)算器440還利用質(zhì)量平衡和與次相相關(guān)聯(lián)的次變量計(jì)算次相的相特性。因此流體相特性計(jì)算器440通過用主相而不用接近于零的值來除來確保穩(wěn)定性。計(jì)算機(jī)介質(zhì)410還包括輸出生成器450,其適于生成計(jì)算出的流體的相特性并將其通信成例如對(duì)監(jiān)視器的屏幕或?qū)Υ蛴C(jī)而言可讀的格式。
在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)410中，流體相特性計(jì)算器440還可以包括約簡變量算法模塊470，其利用與主相和次相相關(guān)聯(lián)的主變量和次變量產(chǎn)生Rachford-Rice表達(dá)式。流體特性計(jì)算器440還可包括線性化模塊480，其利用K值和K值倒數(shù)由Rachford-Rice表達(dá)式產(chǎn)生線性表達(dá)式。流體特性計(jì)算器440還可包括雅可比矩陣產(chǎn)生器490，其利用主變量和次變量產(chǎn)生雅可比矩陣。該流體特性計(jì)算器440還可包括解算器和穩(wěn)定性測(cè)試器500，其求解線性表達(dá)式和雅可比矩陣以更新相特性并對(duì)穩(wěn)定性進(jìn)行測(cè)試。雅可比矩陣產(chǎn)生器490還可具有相組分導(dǎo)數(shù)子模塊，其計(jì)算相組分的導(dǎo)數(shù)；K值子模塊，其計(jì)算K值的導(dǎo)數(shù)；和逸度子模塊，其計(jì)算相應(yīng)于每個(gè)主變量和次變量的逸度系數(shù)的導(dǎo)數(shù)。
參考圖2和6，例示另一方法500，用于在計(jì)算機(jī)啟動(dòng)的儲(chǔ)層模擬期間確定單元中流體的組分。步驟510是確定在之前時(shí)間步中單元具有單相還是多個(gè)相。從步驟510起，根據(jù)步驟510中的確定來執(zhí)行其它步驟。如果在之前的時(shí)間步中單元具有多個(gè)相則執(zhí)行步驟520。在步驟520中使用K值執(zhí)行直接約簡變量分解計(jì)算。如果在之前的時(shí)間步中單元具有單相且位于相平面中陰影區(qū)域中、流體側(cè)則執(zhí)行步驟530。在步驟530中，使用氣體初始摩爾執(zhí)行單側(cè)約簡變量穩(wěn)定性測(cè)試。如果在之前的時(shí)間步中單元具有單相且位于相平面的陰影區(qū)域中、氣體側(cè)則執(zhí)行步驟540。在步驟540中，使用流體初始摩爾執(zhí)行單側(cè)約簡變量穩(wěn)定性測(cè)試。如果單元處于相平面的遠(yuǎn)距離區(qū)域中則執(zhí)行步驟560。在步驟560中對(duì)單元執(zhí)行^C興矛始閃蒸計(jì)算以確定流體組分。在步驟560中，.在執(zhí)行從興矛始計(jì)算之后，該方法接著前進(jìn)到步驟580。在執(zhí)行步驟520-540之后執(zhí)行步驟570以便確定在快速處理中是否存在失敗。如果存在失敗，則對(duì)單元執(zhí)行從興矛始閃蒸計(jì)算以確定流體組分。如果發(fā)現(xiàn)流體是單相的，則執(zhí)行額外計(jì)算以確定在后續(xù)迭代中要使用的相平面中的位置。如果不存在失敗則接著執(zhí)行步
驟580。在步驟580中使用計(jì)算出的結(jié)果。
雖然在上述說明書中已經(jīng)關(guān)于其中某些優(yōu)選實(shí)施例描述了本發(fā)明，并且為了例示已經(jīng)闡明了很多細(xì)節(jié)，但是對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯而易見的是本發(fā)明易于改變、并且其中描述的某些其它細(xì)節(jié)可以改變相當(dāng)大而不背離本發(fā)明基本原理。
例如，本發(fā)明還包括系統(tǒng)和載有指令的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，用于執(zhí)行地下含油氣儲(chǔ)層的組分儲(chǔ)層模擬。該系統(tǒng)(包括計(jì)算機(jī)硬件和存儲(chǔ)器)將執(zhí)行上面概述的儲(chǔ)層模擬方法。同樣，計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)載有指令，該指令用于根據(jù)上述原理執(zhí)行地下含油氣儲(chǔ)層的組分儲(chǔ)層模擬。
權(quán)利要求
1、一種用于儲(chǔ)層模擬的方法，包含以下步驟(a)選擇其中具有氣相和液相的單元；(b)估計(jì)所述氣相和所述液相中哪個(gè)以最不豐富量呈現(xiàn)；(c)將具有最不豐富量的相指定為主相并將另一相指定為次相；(d)利用主變量和所述主相計(jì)算所述主相的相特性，并利用質(zhì)量平衡和與所述次相相關(guān)聯(lián)的次變量計(jì)算所述次相的相特性；(e)通過用所述主相而不用接近于零的值來除來確保穩(wěn)定性。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述主相的所述相特性包 含壓力、溫度和所述主相的壓力。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述次相的所述相特性包 含壓力、溫度和所述次相的壓力。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述主相的所述相特性包 含壓力、溫度以及所述主相的壓力、組分和量。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述次相的所述相特性包 含壓力、溫度以及所述次相的壓力、組分和量。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(d)進(jìn)一步包含用于計(jì) 算所述主相和所述次相的所述相特性的下列步驟(i)利用約簡變量算法和與所述主相和所述次相相關(guān)聯(lián)的所述 主變量和所述次變量，產(chǎn)生Rachford-Rice表達(dá)式；(ii )利用K值和K值倒數(shù)線性化所述Rachford-Rice表達(dá)式， 由此產(chǎn)生線性表達(dá)式；(iii)利用所述主變量和所述次變量產(chǎn)生雅可比矩陣；和(iv)求解所述線性表達(dá)式和所述雅可比矩陣以更新所述相特 性并對(duì)穩(wěn)定性進(jìn)行測(cè)試。
7、根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中步驟(iii)進(jìn)一步包括(l)計(jì)算所述相組分的導(dǎo)數(shù)；("計(jì)算所述K值的導(dǎo)數(shù)；和(3)計(jì)算相應(yīng)于每個(gè)所述主變量和所述次變量的逸度系數(shù)的導(dǎo)
8、 一種用于在計(jì)算機(jī)啟動(dòng)的儲(chǔ)層模擬期間確定單元中流體組分 的方法，所述方法包括下列步驟(a) 當(dāng)在之前時(shí)間步中所述單元有具備多個(gè)相的流體時(shí)，使用 K值執(zhí)行直接約簡變量分解計(jì)算；(b) 當(dāng)在所述之前時(shí)間步中所述單元有具備位于陰影區(qū)域中、 流體側(cè)的單相的流體時(shí)，使用氣體初始摩爾執(zhí)行單側(cè)約簡變量穩(wěn) 定性測(cè)試；(c) 當(dāng)在所述之前時(shí)間步中所述單元有具備位于所述陰影區(qū) 域中、氣體側(cè)的單相的流體時(shí)，使用流體初始摩爾執(zhí)行單側(cè)約簡 變量穩(wěn)定性測(cè)試；(d) 當(dāng)所述單元處于遠(yuǎn)距離區(qū)域中時(shí)，對(duì)所述單元執(zhí)行^C興 矛始閃蒸計(jì)算以確定流體組分并前進(jìn)到步驟(f);(e) 確定在步驟(a)、 (b)或(c)中是否存在失敗，以及(i) 當(dāng)確定存在失敗時(shí)，對(duì)所述單元執(zhí)行^C興矛始閃蒸計(jì) 算以確定流體組分并前進(jìn)到步驟(i);(ii) 當(dāng)所述流體被確定為單相時(shí)，執(zhí)行額外計(jì)算以確定在 相平面中的位置并重復(fù)步驟(b)-(d);和(f) 當(dāng)不存在失敗時(shí)使用計(jì)算出的結(jié)果。
9、 一種在用于確定單元中流體組分的儲(chǔ)層模擬期間利用的計(jì)算才幾可讀介質(zhì)，所述可讀介質(zhì)包含數(shù)據(jù)接收器，其從源接收輸入儲(chǔ)層模型和數(shù)據(jù)； 最不豐富量指定器，其響應(yīng)于由所述數(shù)據(jù)接收器接收的所述輸入數(shù)據(jù)來估計(jì)所述單元中所述流體的氣相和液相中哪個(gè)以最不豐富量呈現(xiàn)，且將具有估計(jì)的最不豐富量的相指定為主相并將另一相指定為次相；流體相特性計(jì)算器，其利用主變量和所述主相計(jì)算所述主相的相 特性，并利用質(zhì)量平衡和與所述次相相關(guān)聯(lián)的次變量計(jì)算所述次相的 相特性，所述流體相特性計(jì)算器通過用所述主相而不用接近于零的值 來除來確保穩(wěn)定性；和輸出生成器，其適于生成計(jì)算出的所述流體的相特性并將其通信 成可讀的格式。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中所述流體相特 性計(jì)算器包含約簡變量算法模塊，其利用與所述主相和所述次相相關(guān)聯(lián)的所述 主變量和所述次變量產(chǎn)生Rachford-Rice表達(dá)式；線性化才莫塊，其利用K值和K值倒數(shù)由所述Rachford-Rice表 達(dá)式產(chǎn)生線性表達(dá)式；雅可比矩陣產(chǎn)生器，其利用所述主變量和所述次變量產(chǎn)生雅可比 矩陣；和解算器和穩(wěn)定性測(cè)試器，其求解所述線性表達(dá)式和所述雅可比矩 陣以更新所述相特性并對(duì)穩(wěn)定性進(jìn)行測(cè)試。
11、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中所述雅可比 矩陣產(chǎn)生器進(jìn)一步包括相組分導(dǎo)數(shù)子模塊，其計(jì)算所述相組分的導(dǎo)數(shù)；K值子模塊，其計(jì)算所述K值的導(dǎo)數(shù)；和逸度子模塊，其計(jì)算相應(yīng)于每個(gè)所述主變量和所述次變量的逸度系數(shù)的導(dǎo)數(shù)。
12、 一種用于在計(jì)算機(jī)啟動(dòng)的儲(chǔ)層模擬期間確定單元中流體組分 的方法，所述方法包含下列步驟(a) 確定在之前的時(shí)間步中所述單元具有單相還是多個(gè)相；(i) 如果在所述之前的時(shí)間步中所述單元具有多個(gè)相，則 使用K值執(zhí)行直接約簡變量分解計(jì)算；(ii) 如果在所述之前的時(shí)間步中所述單元具有單相，則根 據(jù)該單元在相平面中的之前位置采取下列動(dòng)作；(1) 如果所述流體處在陰影區(qū)域中、流體側(cè)，則使用氣 體初始摩爾執(zhí)行單側(cè)約簡變量穩(wěn)定性測(cè)試；(2) 如果所述流體處在陰影區(qū)域中、氣體側(cè)，則使用流 體初始摩爾執(zhí)行單側(cè)約簡變量穩(wěn)定性測(cè)試；(iii) 如果所述單元處于遠(yuǎn)距離區(qū)域中，則對(duì)所述單元執(zhí)行 興矛始閃蒸計(jì)算以確定流體組分并跳至步驟(c);(b) 確定在由(i)、 (ii)或(iii)進(jìn)行的快速處理中是否存在失??；(i)如果存在失敗，則對(duì)所述單元執(zhí)行^興矛始閃蒸計(jì)算 以確定流體組分；(ii )如果發(fā)現(xiàn)所述流體是單相，則執(zhí)行額外計(jì)算以確定在 后續(xù)迭代中要使用的在相平面中的位置；(c) 如果不存在失敗，則使用計(jì)算出的結(jié)果。
全文摘要
本發(fā)明提供了用于執(zhí)行地下含油氣儲(chǔ)層的組分儲(chǔ)層模擬的方法(500)和計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。為了在組分儲(chǔ)層模擬器中取得相態(tài)計(jì)算的最佳效率，將用于閃蒸計(jì)算的約簡變量和條件穩(wěn)定性測(cè)試的方法一起使用(510)。將最不豐富的相選擇為用于主相的主變量，并將次相選擇為用于更豐富的相，以由于將主相選擇為與最不豐富的相相關(guān)聯(lián)而通過不用接近于零的值來除來確保穩(wěn)定性。使用有界區(qū)間來限制約簡變量算法中的解變化，以實(shí)現(xiàn)算法的高穩(wěn)定性。使用約簡變量通過基于約簡變量的定義和切面距離條件采用直接剩余形式，可以在閃蒸計(jì)算期間執(zhí)行穩(wěn)定性測(cè)試。
文檔編號(hào)G06G7/48GK101583958SQ200780026244
公開日2009年11月18日 申請(qǐng)日期2007年6月5日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月6日
發(fā)明者F·E·薩弗 申請(qǐng)人:雪佛龍美國公司;Prad研究與發(fā)展股份有限公司;Eth蘇黎世公司