一种多场耦合的成岩数值模拟方法

本发明涉及一种多场耦合的成岩数值模拟方法，属于计算机及储层地质学。

背景技术：

1、多物理场耦合从本质上就是变量之间相互调用，理论上能相互调用就能实现多物理场耦合。流热耦合可以实现流场和温度场耦合；流场是往往是通过流速μ来影响温度场的，所以耦合就是通过传热场里面调用流速变量来实现耦合；考虑温度对流场的影响，把流体的密度和粘度写成温度的函数。流动与传质的耦合可以划分为自由空间里面的耦合、多孔结构里面的耦合，但是它们的耦合机理都是一样的；传质主要是物质输运，包括稀物质传递、浓物质传递、多孔介质中的稀物质传递和反应流(流动与物质输运的耦合)；稀物质传递的方程可以是采用基于质量守恒的前提，如果是瞬态问题，有时间项、对流项、反应源项和fick扩散定律扩散项；如果溶液体系中有化学反应的发生，可以添加一个化学反应源项；而多孔介质中的稀物质传递还可以添加两项，包括吸附/解析、弥散；多孔介质中的稀物质传递也是基于均质模型实现的；当溶液中物质浓度变化时，可以将物质浓度变化和分布写成与密度相关；也就是说，溶液密度可能受到物质成分分布影响，意味着物质浓度分布和变化影响流体密度和粘度，从而影响流体属性。

2、使用水平集法、相场法或移动网格方法精确追踪相界面的位置变化；水平集、相场和动网格的目的都是一样的，都是追踪相界面的变化；水平集和相场法可以模拟拓扑变化而移动网格不可以；移动网格是移动网格节点，移动网格可以模拟相界面，做不了相界面发生拓扑变化的过程。水平集和相场方法就是解决相界面变化的问题；相对于相场来说，水平集方法对表面张力的表征精度会更高一些；但是相场方法数值稳定性更高，收敛性更好。水平集方法是一种纯数学的方法，就是为了追踪相界面而归纳出来的；它的方程是一个对流扩散方程，包括对流项和扩散项。水平集函数的取值是0至1，界面是0.5。一般情况下，流体属性的控制，小于0.5是相态1，大于0.5是相态2。相场方法具有实际的物理意义，可以扩展到多相流；从方程角度，是一个四阶的pde，为了能够求解，需要引入一个中间变量，称为相场助变量，这个变量又称为自由能函数，通过这个定义把四阶方程离散成为两个两阶pde，然后进行求解；在相场函数中相场变量取值范围值-1至1，界面是0，还有混合能密度、毛细宽度、迁移率(迁移调节参数)、界面厚度控制参数。

3、多物理场仿真可以应用在热-水-力-化(thmc)耦合分析、数字岩心分析、地质尺度的几何建模、多尺度流动模拟。多物理场仿真在油气开采方面进行了大量的应用，如页岩气渗流场模拟、考虑裂缝铺沙参数的水平井单裂缝控制范围的模拟、多物理场耦合的页岩气解吸附、渗流机理与数值模拟、致密储层压裂开发有效裂缝定量分析、煤层气-致密气合采数值模拟、水平井阵列感应测井响应数值计算、压裂井生产过程中的应力场模拟、多分支水平井生产过程的井间干扰模拟、多分支水平井渗流模型开发。

4、当科技发展带到多物理场研究的轨道上来，传统的基于观察与实验的研究方法构建于简单与单物理场分析的思维基础上，已经无法应对复杂的多物理场相互作用。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的不足,本发明提供一种多场耦合的成岩数值模拟方法。

2、一种多场耦合的成岩数值模拟方法,含有以下步骤:收集数据，提供成岩相类型划分、成岩相的成岩特征、骨架矿物、自生矿物组合和成岩作用差异性、成岩作用机理初步分析、典型成岩现象的化学反应方程式及其相应的动力学条件、典型成岩现象的化学动力学分析、物理模型、数值模拟模型、成岩作用机理的揭示及改进内容，根据实验分析结果和数值模拟结果联合揭示、改进成岩作用机理。

3、本发明的优点是:学者们发现实验分析结果难以给出令人确信的理论解释，面临的实际科研问题多表现为多个物理场相互影响、共同作用的结果。因而，有必要探索一套综合考虑实验分析结果、典型成岩现象的微观尺度分布及在目标层位砂岩内更大范围分布的物理模型和数值模拟模型的成岩数值模拟方法。一种多场耦合的成岩数值模拟方法，包括反应工程、稀物质传递、自由和多孔介质流动、水平集模块；扼要地阐述了多场耦合的成岩作用机理分析的数值模拟流程，揭示或改进典型成岩相或典型成岩现象的成岩作用机理。

4、本发明具有操作可行的、评价效果好、解决实际问题的特点，具备以下几方面创新性：1)开展成岩相类型划分；2)调查成岩相的成岩特征；3)采用实验分析结果进行成岩作用机理初步分析；4)建立典型成岩现象的化学反应方程式及其相应的动力学条件；5)开展典型成岩现象的化学动力学分析；6)建立多场耦合的物理模型和数值模拟模型；7)数值模拟结果揭示、改进成岩作用机理。该方法专利满足反映典型成岩相或典型成岩现象本质的成岩作用机理的求解需求，对揭示、改进成岩作用机理分析提供了一种解决方案，具有指导意义。

5、本发明是基于收集的分析测试资料和地质资料，开展靶区目标层位砂岩储层的成岩相类型划分、成岩相的成岩特征、骨架矿物、自生矿物组合和成岩作用差异性、成岩作用机理初步分析、典型成岩现象的化学反应方程式及其相应的动力学条件，然后从数值模拟角度开展典型成岩现象的化学动力学分析、建立物理模型和数值模拟模型、揭示及改进典型成岩相的成岩作用机理，形成了一种多场耦合的成岩数值模拟方法。本发明考虑了成岩相类型划分、成岩相的成岩特征、骨架矿物、自生成岩矿物组合和成岩作用差异性，开展成岩作用机理初步分析；基于铸体薄片、扫描电镜和阴极发光薄片图像资料，提取出典型成岩相的成岩现象，建立典型成岩现象的化学反应方程式及其相应的动力学条件，开展典型成岩现象的化学动力学分析；联合典型成岩现象的微观尺度分布及在目标层位砂岩内更大范围分布，建立多物理场的物理模型，刻画出数值模拟模型的输入参数，满足了反映典型成岩现象本质问题的成岩作用机理的研究需求，揭示、改进成岩相的成岩作用机理，为成岩作用机理的分布提供了理论基础。

技术特征：

1.一种多场耦合的成岩数值模拟方法，其特征在于，收集数据，提供成岩相类型划分、成岩相的成岩特征、骨架矿物、自生矿物组合和成岩作用差异性、成岩作用机理初步分析、典型成岩现象的化学反应方程式及其相应的动力学条件、典型成岩现象的化学动力学分析、物理模型、数值模拟模型、成岩作用机理的揭示及改进内容，根据实验分析结果和数值模拟结果联合揭示、改进成岩作用机理。

2.根据权利要求1所述的一种多场耦合的成岩数值模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的一种多场耦合的成岩数值模拟方法，其特征在于，

4.根据权利要求2所述的一种多场耦合的成岩数值模拟方法，其特征在于，

5.根据权利要求2所述的一种多场耦合的成岩数值模拟方法，其特征在于，步骤5)中典型成岩现象的化学反应方程式及其相应的动力学条件，具体如下：

6.根据权利要求2所述的一种多场耦合的成岩数值模拟方法，其特征在于，

7.根据权利要求2所述的一种多场耦合的成岩数值模拟方法，其特征在于，步骤7)中物理模型建立，具体如下：

8.根据权利要求2所述的一种多场耦合的成岩数值模拟方法，其特征在于，步骤8)中数值模拟模型建立，具体如下：

技术总结
一种多场耦合的成岩数值模拟方法，属于储层地质学技术领域。涉及成岩相类型划分、成岩相的成岩特征、骨架矿物、自生矿物组合和成岩作用差异性、成岩作用机理初步分析、典型成岩现象的化学反应方程式及其相应的动力学条件、典型成岩现象。本发明收集分析测试资料和地质资料，开展靶区目标层位砂岩储层的成岩相类型划分、成岩相的成岩特征、骨架矿物、自生矿物组合和成岩作用差异性、成岩作用机理初步分析、典型成岩现象的化学反应方程式及其相应的动力学条件，然后从数值模拟角度开展典型成岩现象的化学动力学分析、建立物理模型和数值模拟模型、揭示及改进典型成岩相的成岩作用机理。

技术研发人员：王文广,付晓飞,刘超,王民
受保护的技术使用者：东北石油大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/6