稠油油藏热力采油数值模拟并行处理的研究

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1、稠油油藏热力采油数值模拟并行处理的研究法开采，一般采用热力采油方式。热力采油主要是通过一些工艺措施使油层温度升高，降低稠油粘度，使稠油易于流动，从而将稠油采出，其主要方法有蒸汽吞吐、蒸汽驱、火烧油层、热水驱等【2】。其作用机理是，加温后油的粘度降低，相对渗透率曲线发生变化，朝有利于采油的方向发展；原油在加温后的蒸馏作用，使原油中的轻组份易于产出；同时，加热后流体和岩石的热膨胀，增加了地层的压力能。由于在开采过程有能量交换，所以稠油热采的数学模型相对于黑油等其他模型来说，要复杂的多。目前，国内外研究者主要集中在黑油模型和组分模型的并行化研究中。大庆油田提出jacobi矩阵的并行化

2、方法，并应用到黑油模型【14J；中国石油勘探开发研究院对一个隐压显饱、三维三相的黑油数值模拟软件的线性求解部分进行了并行化处理【6l】；中国科学院软件研究所并行软件研发中心研制了三维三相黑油并行模拟软件PRIS(1．0版)【22】；北京科技大学把区域分解并行化方法应用到化学复合驱数值模拟程序UTCHEM中唧l。国外热力采油数值模型并行技术尚处于研究阶段，并且属于战略储备，很多技术尚不公开。在其他油藏模型的研究上，Walls等人推出了嵌套算法求解线性方程组【l51，在分布式计算环境中获得了很高的加速比；Killough把基于局部网格的区域分解法【161，应用到黑油和组分模型；Br

3、iens等人分别进行了组分模型、黑油模型的并行化研究【17】。一直以来，我国热采数值模拟串行软件基本依靠从国外引进。随着油藏开发后期，井数增加和网格加密引起计算规模扩大，传统的串行程序已经不能满足热采生产上的需要。加之软件商不再出售源码，且售价居高不下，对用户的使用存在种种限制。清华大学核能所提出了有交叠式的区域分解法【9】，并应用到热采模拟软件中，但是针对油井比较密集的模型，边界相互渗流作用激烈的算例，计算结果误差较大。对于非热采油藏模型的并行的整体思路，普遍采用区域分解技术，针对不同的问题提出具体的区域划分方案，对并行求解技术也主要是从两个方面入手，及线性层面和非线性层面，

4、这些技术，对开发热采数值模拟并行软件有一定的借鉴。1．3．本文主要工作本文共分六章，内容与组织如下：第一章阐述了油藏模拟的重要意义，以及稠油热采数值模拟并行化的发展情况。第二章主要给出稠油热采数值模拟过程中涉及的原理以及并行计算方法。第三章首先介绍了稠油热采数值模拟软件的数学模型，然后详细分析了该软件的串行处理流程，并进行必要的代码优化。第四章是本文的重点，首先，在对比分析几种常用的并行策略基础上选择了有重叠式的区域分解并行化策略。然后详细阐述了网格化中存在的分区信息的读取、网格排序、无效网格以及有重叠式网格等问题的实现方法。其次，在建立网格排序与系数矩阵结构之间串行和并行的对

5、应关系，以及井在子区域形成的数据和全局矩阵中的索引关系的基2稠油油藏热力采油数值模拟并行处理的研究础上，通过数据填充接口实现了与PETSc求解器的连接，经过数值试验确定了PETSc库中的最优的预处理方法和并行求解方法组合。最后，优化了并行处理后的存储问题，并结合并行文件处理方法，有效地避免了数据文件并行读取引起的冲突。第五章给出基于PETSc并行解法器的稠油热采数值模拟并行软件的实验结果。第六章总结了本文的主要工作，并提出下一步的工作展望和建议。稠油油藏热力采油数值模拟并行处理的研究2．稠油热采数值模拟及并行计算2．1．稠油热采数值模拟在稠油油藏应用中，通常只知道一些离散点的函

6、数值。例如，在测试中，固定的时间间隔点所测得的压力和流量值，仅仅表示测量时刻的稠油油藏性质。通常将有限差分网格迭加在被模拟的稠油油藏上，然后用选定的网格系统用来近似连续方程中的空间导数。这样，通过离散化就把连续性方程转化为有限差分方程，因而微分问题变成了代数问题，用离散问题来接近原来的连续问题，使在网格点处的解可以近似的看成是此类问题的真实解。图2．1是油藏模拟器开发过程中的离散化步骤的示意图。圆圆_野l葑母圜一圈图2．1稠油油藏模拟器开发过程中离散化步骤示意图离散化分为离散空间和离散时间两个步骤。离散空间就是把所研究的空间范围套在某种类型的网格上，将其划分为一定数量的单元。离

7、散时间就是在所研究的时间范围内，把时间离散成一定数量的时间段，在每个时间段内，对问题求解以得到有关参数的新值，用离散化方法求解稠油油藏模型的主要步骤：1)将渗流区域剖分成网格，把网格按照一定顺序排列，用网格点上的压力或者饱和度来代替压力函数或者饱和度函数等2)在网格点的基础上，从微分方程出发，建立每个网格结点的压力与其他网格结点的压力之间的关系式，一般不是线性形式，还要进行线性化。3)把每个网格节点上建立的方程合在一起，再利用定解条件，使之成为存在唯一解的方程组。4)求解方程组，得到各网格节