CN110728079B - 油水两相流的流动状态的数值模拟方法及数值模拟装置 - Google Patents

油水两相流的流动状态的数值模拟方法及数值模拟装置 Download PDF

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CN110728079B CN201810670895.8A CN201810670895A CN110728079B CN 110728079 B CN110728079 B CN 110728079B CN 201810670895 A CN201810670895 A CN 201810670895A CN 110728079 B CN110728079 B CN 110728079B
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Abstract

本发明公开了油水两相流的流动状态的数值模拟方法及数值模拟装置，属于数值模拟领域。本发明在建立油水两相流的模型并对其进行有限元的离散之后，在为求解其流体体积分数函数所施加的速度与压力的边界条件中，考虑了油水两相流所在的流动空间的壁面上的漏失速度的存在，提高了数值模拟方法得到的最终结果的准确性，有利于油藏的开发。

Description

油水两相流的流动状态的数值模拟方法及数值模拟装置
技术领域
本发明涉及数值模拟领域，特别涉及一种油水两相流的流动状态的数值模拟方法及数值模拟装置。
背景技术
两相流为两相物质所组成的流动系统，其中至少一相为流体物质。两相流广泛存在于自然界和其他工程领域，例如：雨、雪、云、雾的飘流，生物体中的血液循环，水利工程中的泥沙运动和高速掺气水流，环境工程中烟尘对空气的污染等。在石油工业领域，油水两相流在油藏中非常常见。
为了实现对油藏中的油水两相流的控制与预测，以便于油藏的开发，需要对油藏中的油水两相流的流动状态进行模拟。现有技术中通常是对油水两相流的流动状态进行物理模拟或者数值模拟，但物理模拟存在耗时、成本较高、操作复杂等问题，而数值模拟的准确性较低。
发明内容
本发明实施例提供了一种油水两相流的流动状态的数值模拟方法及数值模拟装置，能够对油水两相流的流动状态进行较为准确的模拟。所述技术方案如下：
本发明实施例提供了一种油水两相流的流动状态的数值模拟方法及数值模拟装置，所述数值模拟方法包括：
建立油水两相流的模型；
对所述模型进行有限元离散，将所述模型划分为有限元网格；
建立所述有限元网格的流体体积分数函数；
为所述流体体积分数函数设置速度与压力的边界条件；
基于所述边界条件对所述流体体积分数函数进行求解；
将所述流体体积分数函数的结果以图像的形式显示，得到所述油水两相流的流动状态图像，
其中，所述速度与压力的边界条件满足以下方程组：
Figure GDA0003764027420000021
其中，u为油水两相流x方向速度，v为油水两相流y方向速度,vl为油水两相流在油水两相流所在的流动空间的壁面上的漏失速度，w为油水两相流的流动区域宽度，gx为重力加速度沿x方向分量，gy为重力加速度沿y方向分量，p为油水两相流压力，τxx、τxy、τyx、τyy为油水两相流切应力，f为连续表面张力，ρ为油水两相流的密度，x方向与y方向为油水两相流中相互垂直的两个方向。
可选地，所述流体体积分数函数满足以下公式：
Figure GDA0003764027420000022
VOFI e n为当前时间步的有限元网格内各节点的体积分数矩阵，VOFIen-1为前一时间步的有限元网格内各节点的体积分数矩阵，Δt为当前时间步与前一时间步的时间差，Me、Ke分别为不同的系数矩阵。
可选地，所述确定所述流体体积分数函数还包括：
采用Galerkin(伽辽金)法构建有限元网格内流体体积分数函数的加权余量方程，所述加权余量方程满足以下公式：
Figure GDA0003764027420000023
可选地，所述方法还包括：
将所述模型分别划分为速度单元网格与压力单元网格；
分别建立所述速度单元网格与所述压力单元网格的插值函数；
通过所述速度单元网格的插值函数确定所述速度单元网格的速度函数，通过所述压力单元网格的插值函数确定所述压力单元网格的压力函数；
通过所述速度函数与所述压力函数确定所述流体体积分数函数的边界条件。
可选地，所述速度函数与所述压力函数满足以下方程组：
Figure GDA0003764027420000031
Figure GDA0003764027420000032
分别为速度单元网格内的x方向速度矩阵、y方向速度矩阵，
Figure GDA0003764027420000033
为压力单元网格内压力矩阵,vl为油水两相流在油水两相流所在的流动空间的壁面上的漏失速度，w为油水两相流的流动区域宽度，gx为重力加速度沿x方向分量，gy为重力加速度沿y方向分量，τxx、τxy、τyx、τyy为油水两相流切应力，f为连续表面张力，ρ为油水两相流的密度，x方向与y方向为油水两相流中相互垂直的两个方向，Ω e为单元网格，Γ e为单元网格边界，θx为单元网格法线方向与x方向的夹角，θy为单元网格法线方向与y方向的夹角，μ为油水两相的粘度。
可选地，所述速度单元网格为四边形二次单元网格，所述压力单元网格为四边形线性单元网格。
可选地，所述有限元网格为四边形二次单元网格。
可选地，所述数值模拟方法还包括：
测量真实情况下的油水两相流的界面数据，所述界面数据包括油水两相流的温度、粘度及界面张力，将所述界面数据制作为温度-粘度曲线与温度-界面张力曲线。
本发明实施例提供了一种油水两相流的流动状态的数值模拟装置，所述数值模拟装置用于实现前述数值模拟方法，所述数值模拟装置包括：
模型建立模块，用于建立油水两相流的模型；
网格划分模块，用于对所述模型进行有限元离散，将所述模型划分为有限元网格；
函数建立模块，用于建立所述有限元网格的流体体积分数函数；
条件设置模块，用于为所述流体体积分数函数设置速度与压力的边界条件；
函数求解模块，用于基于所述边界条件对所述流体体积分数函数进行求解；
图形显示模块，用于根据所述函数求解模块求解得到的流体体积分数函数的结果，输出油水两相流的流动状态的状态图；
其中，所述速度与压力的边界条件满足以下方程组：
Figure GDA0003764027420000041
u为油水两相流x方向速度，v为油水两相流y方向速度,vl为油水两相流在油水两相流所在的流动空间的壁面上的漏失速度，w为油水两相流的流动区域宽度，gx为重力加速度沿x方向分量，gy为重力加速度沿y方向分量，p为油水两相流压力，τxx、τxy、τyx、τyy为油水两相流切应力，f为连续表面张力，ρ为油水两相流的密度，x方向与y方向为油水两相流中相互垂直的两个方向。
本发明实施例提供了一种计算机设备，所述计算机设备包括处理器和存储器，所述存储器中存储有至少一条指令，所述指令由所述处理器加载并执行以实现前述数值模拟方法。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：在建立油水两相流的模型并对其进行有限元的离散之后，在为求解其流体体积分数函数所施加的速度与压力的边界条件中，考虑了油水两相流所在的流动空间的壁面上的漏失速度的存在，提高了数值模拟方法得到的最终结果的准确性，有利于油藏的开发。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种油水两相流的流动状态的数值模拟方法流程图；
图2为本发明实施例提供的温度-粘度曲线图；
图3为本发明实施例提供的温度-界面张力曲线图；
图4a～图4d为本发明实施例提供的不同界面张力条件下的油水两相流的状态图；
图5a～图5d为本发明实施例提供的不同体积分数比条件下的油水两相流的状态图；
图6a～图6d为本发明实施例提供的不同粘度比条件下的油水两相流的状态图；
图7是本发明实施例提供的一种油水两相流的流动状态的数值模拟装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
图1为本发明实施例提供的一种油水两相流的流动状态的数值模拟方法流程图，如图1所示，该数值模拟方法包括：
S1：建立油水两相流的模型。
S2：对模型进行有限元离散，将模型划分为有限元网格。
S3：建立有限元网格的流体体积分数函数。
其中，流体体积分数函数可满足以下公式：
Figure GDA0003764027420000051
公式(1)中，VOFI e为有限元网格内各节点的体积分数矩阵，t为时间，Φ为速度插值函数矩阵。
采用以上公式对油水两相流的流体体积进行计算能够较为准确地得到油水两相流的动态界面状态。
其中，公式(1)可通过以下过程推导得到：
由于在油水两相流中存在以下关系式：
Figure GDA0003764027420000052
体积分数VOF(Volume of Fraction)为油水两相流体中的比例较多的一相，以下简称主相，1-VOF为油水两相流中的另一相，以下简称次相，ρe、μe分别为有限元网格内加权密度、加权粘度，ρ0、μ0为主相密度、粘度，ρ1、μ1为次相密度、粘度。
根据方程组(1)可得到，体积分数VOF满足：
Figure GDA0003764027420000061
在公式(2)的基础上，可采用Galerkin(伽辽金)法构建有限元网格内流体体积分数函数的加权余量方程，该加权余量方程满足以下公式：
Figure GDA0003764027420000062
其中，t为时间，VOF(Volume of Fraction)为油水两相流体中的比例较多的一相的体积分数，x为油水两相流中的一个方向，y为油水两相流中的另一个方向，x方向与y方向相互垂直。
采用这种方法能够简化流体体积分数函数的计算过程，便于实现流体体积分数函数的计算。
又因为有限元网格内的加权体积分数为：
Figure GDA0003764027420000063
式中，VOFi为有限元网格内各节点主相体积分数。
(4)式代入(3)式，得到：
Figure GDA0003764027420000064
进一步地，可将公式(5)写成矩阵形式得到以下公式：
Figure GDA0003764027420000065
利用差分方法，将公式(6)转换为公式(1)：
Figure GDA0003764027420000066
公式(1)中，VOFI e n为当前时间步的有限元网格内各节点的体积分数矩阵，VOFI e n-1为前一时间步的有限元网格内各节点的体积分数矩阵，Δt为当前时间步与前一时间步的时间差，Me、Ke分别为不同的系数矩阵。
求得各个有限元网格内的Me、Ke后，可进行总体方程组装，即将所有有限元网格的交叉结点处的Me、Ke进行求和，得到总体矩阵，进而求得油水两相流的体积分数。
S4：为所述流体体积分数函数设置速度与压力的边界条件。
其中，速度与压力的边界条件满足以下方程组：
Figure GDA0003764027420000071
u为油水两相流x方向速度，v为油水两相流y方向速度,vl为油水两相流在油水两相流所在的流动空间的壁面上的漏失速度，w为油水两相流的流动区域宽度，gx为重力加速度沿x方向分量，gy为重力加速度沿y方向分量，p为油水两相流压力，τxx、τxy、τyx、τyy为油水两相流切应力，f为连续表面张力，ρ为油水两相流的密度，x方向与y方向为油水两相流中相互垂直的两个方向。
采用方程组(2)作为求解公式(1)的边界条件，能够提高本方法的结果的准确性，有利于准确快速的求出公式(2)。
具体地，步骤S4还可包括：
将模型分别划分为速度单元网格与压力单元网格；
分别建立速度单元网格与压力单元网格的插值函数；
通过速度单元网格的插值函数确定速度单元网格的速度函数，通过压力单元网格的插值函数确定压力单元网格的压力函数；
通过速度函数与压力函数确定流体体积分数函数的边界条件。
采用以上步骤能够较为准确地得到模型的速度场与压力场，便于本发明后续流程的进行。
其中，速度单元网格可为四边形二次单元网格，压力单元网格可为四边形线性单元网格。速度单元网格与压力单元网格分别采用以上形式进行划分能够提高数值模拟结果的准确性。
可选地，有限元网格也可为四边形二次单元网格。将有限元网格设置为于与速度单元网格相同的结构可减小计算流体体积分数函数时需要的计算量，最终减少得到油水两相流的流动状态图的时间。
进一步地，速度函数与压力函数满足以下方程组：
Figure GDA0003764027420000081
Figure GDA0003764027420000082
分别为速度单元网格内的x方向速度矩阵、y方向速度矩阵，
Figure GDA0003764027420000083
为压力单元网格内压力矩阵,vl为油水两相流在油水两相流所在的流动空间的壁面上的漏失速度，w为油水两相流的流动区域宽度，gx为重力加速度沿x方向分量，gy为重力加速度沿y方向分量，τxx、τxy、τyx、τyy为油水两相流切应力，f为连续表面张力，ρ为油水两相流的密度，x方向与y方向为油水两相流中相互垂直的两个方向，Ω e为单元网格，Γ e为单元网格边界，θx为单元网格法线方向与x方向的夹角，θy为单元网格法线方向与y方向的夹角，μ为油水两相的粘度。
采用方程组(3)能够较为准确地得到油水两相流的速度场与压力场，有利于提高本方法最终结果的准确性。
方程组(3)可通过以下过程推导得到：
方程组(2)中的τxx、τxy、τyx、τyy为油水两相流的切应力，切应力的公式如下：
Figure GDA0003764027420000084
公式(7)中，γ为剪切速率，μ为粘度。
公式(2)中的f满足
Figure GDA0003764027420000085
其中，σ为油水两相流的界面张力。
又由于速度单元网格内的速度与压力单元网格内的压力可分别表示为其节点数据与插值函数的乘积之和，由此可得到以下方程组：
Figure GDA0003764027420000091
其中，ui、vi为速度单元网格内各节点的x方向速度、y方向速度，pi为压力单元网格内各节点的压力，φi、
Figure GDA0003764027420000092
分别为速度插值函数与压力差值函数，Φ、Ψ分别为速度单元网格插值函数矩阵、压力单元网格插值函数矩阵，
Figure GDA0003764027420000093
为速度单元网格内x方向速度矩阵、y方向速度矩阵，
Figure GDA0003764027420000094
为压力单元网格内压力矩阵。Φ、Ψ可分别表示为以下方程组：
Figure GDA0003764027420000095
Figure GDA0003764027420000096
方程组(5)与方程组(6)中，ξ与η为各个速度单元网格与压力单元网格内的高斯积分点。
对方程组(2)采用Galerkin(伽辽金)法构建加权余量方程得到以下方程组：
Figure GDA0003764027420000101
采用分部积分法对方程组(7)积分，并代入方程组(3)，构建速度单元网格与压力单元网格内的单元方程，得到以下形式的方程组(3)：
Figure GDA0003764027420000102
进一步地，方程组(3)可转化为以下形式：
Figure GDA0003764027420000103
方程组(8)转化为矩阵形式，即：
Figure GDA0003764027420000104
求得各个速度单元网格与压力单元网格内的
Figure GDA0003764027420000105
Figure GDA0003764027420000106
后，可将所有速度单元网格与压力单元网格的交叉结点处的
Figure GDA0003764027420000107
进行求和，得到总体矩阵，进而求得速度场、压力场。
S5：基于边界条件对流体体积分数函数进行求解。
S6：将流体体积分数函数的结果以图像的形式显示，得到油水两相流的流动状态图像。
在建立油水两相流的模型并对其进行有限元的离散之后，在为求解其流体体积分数函数所施加的速度与压力的边界条件中，考虑了油水两相流的漏失速度的存在，提高了数值模拟方法得到的最终结果的准确性，有利于油藏的开发。
可选地，本方法还可包括：测量真实情况下的油水两相流的界面数据，其中，界面数据可包括油水两相流的温度、粘度及界面张力。并将界面数据制作为温度-粘度曲线与温度-界面张力曲线。在对油水两相流进行数值模拟之前，得到以上参数，并将所得数据模拟为图形可便于工作人员对其数据进行参考与选取。
可选地，本方法可应用于在环形空间流动内的油水两相流或者在矩形空间或者其他空间内流动的油水两相流，本发明对此不做限制。
可选地，环空空间的半径可为2.4cm，高度可为6cm。
图2为本发明实施例提供的温度-粘度曲线图，图3为本发明实施例提供的温度-界面张力曲线图。如图2所示，其横坐标为温度，左侧的纵坐标为油相的粘度，图2中右侧的纵坐标为水相的粘度，在0～250℃的温度范围内时，油的粘度范围为0～200mPa·s，水的粘度范围在0.5-1.5mPa·s内。如图3所示，其横坐标为温度，纵坐标为油水两相之间的界面张力，在20～70℃的温度范围内时，油水两相之间的界面张力在10～45mN/m的范围内。
图4a～图4d为本发明实施例提供的不同界面张力条件下的油水两相流的状态图，图5a～图5d为本发明实施例提供的不同体积分数比条件下的油水两相流的状态图，图6a～图6d为本发明实施例提供的不同粘度比条件下的油水两相流的状态图。为便于理解本发明，以下将结合图4a～图4d、图5a～图5d及图6a～图6d对本发明的实际应用情况作进一步的说明。
在图4a～图4d、图5a～图5d及图6a～图6d中，该油水两相流的最初设置的参数条件均为：其温度为20℃，界面张力为24mN/m、油密度为700kg/m3、水密度为1000kg/m3、两相体积分数比(油：水)0.5:1、油粘度50mPa·s，水粘度1mPa·s，粘度比50。
环形空间的入口边界条件为速度入口，入口基准速度为：油3cm/s，水3cm/s；环形空间的出口边界条件为压力出口，压力基准值为6MPa。环形空间的速度入口的大小与压力出口的压力均在油藏的现场生产中测得。
由于在油藏的现场生产中，测量油水两相流的入口处油水两相流的速度相比于测量油水两相流的压力更容易，而在油水两相流的出口处，油水两相流的压力都等于油藏原始地层压力，不需要进行速度、压力测定，因此，在入口端设置速度入口、出口为压力出口。采用这种设置在减小油水两相流的数值模拟方法中所需要的计算量的同时，也可使得数值模拟方法中输出的油水两相流的状态图与真实油藏中油水两相流的流动状态更为接近，便于通过该油水两相流的状态图对实际油藏的开发进行指导。
具体地，可在油藏的现场生产中，结合模拟得到的油水两相流的状态图，调整油水两相流的速度入口与压力出口，在环形空间内得到与油水两相流的状态图对应的油水两相流。图4a中油水两相流的界面张力为0.14mN/m，图4b中油水两相流的界面张力为0.24mN/m，图4c中油水两相流的界面张力为0.34mN/m，图4d中油水两相流的界面张力为0.44mN/m。结合图4a～图4d，随着界面张力的增加，油相1汇聚在一起的趋势增加，油相1占据的流动区域面积增加，单个连续的油滴面积增加。
下表为图4a～图4d所对应的参数值：
Figure GDA0003764027420000121
图5a中油水两相流的体积分数比为0.1:1，图5b中油水两相流的体积分数比为0.3:1，图5c中油水两相流的体积分数比为0.5:1，图5d中油水两相流的体积分数比为0.7:1。结合图5a～图5d，随着油相1与水相2的体积分数比的增加，油相1占据的流动区域面积增加形成的单个油滴面积增大。
下表为图5a～图5d所对应的参数值：
Figure GDA0003764027420000122
图6a中油水两相流的粘度比为10:1，图6b中油水两相流的粘度比为50:1，图6c中油水两相流的粘度比为100:1，图6d中油水两相流的粘度比为150:1。结合图6a～图6d，随着粘度比的增加，油相1与水相2两相间的界面越来越清晰，油相1占据的流动区域面积增大，且单个连续的油滴面积增加，当粘度比增加到100:1时，两相间具有明显的白色相界面3。下表为图6a～图6d所对应的参数值：
下表为图6a～图6d所对应的参数值：
Figure GDA0003764027420000131
可选地，上述表格中的温度、粘度及界面张力的数值均来自于图2与图3，在进行油水两相流的数据模拟时，油水两相流的温度、粘度及界面张力的数值均选取自图2与图3中出现过的数值。
此处需要说明的是，在图2中，显示的是未添加增粘剂条件下的典型的油粘度与水粘度的关系，但是为了现场生产的需要，可以通过添加一定比例的增粘剂，调节油、水粘度，达到调节油粘度与水粘度的比值的目的。此处选择了油与水的粘度比分别为10:1、50:1、100:1、150:1，增加了油的粘度与水的粘度的不同比值，可得到不同模拟结果，将这些不同的模拟结果进行对比可提高本发明中数值模拟方法对真实油藏的模拟效果。
结合以上所述，本领域技术人员可通过本方法对实际油藏中的油水两相流的状态进行良好模拟，并根据模拟结果对实际油藏的开发进行指导。
进一步的，本发明实施例还提供了一种油水两相流的流动状态的数值模拟装置，数值模拟装置用于实现前述数值模拟方法，图7是本发明实施例提供的一种油水两相流的流动状态的数值模拟装置的结构示意图，如图7所示，该数值模拟装置包括：
模型建立模块11，用于建立油水两相流的模型。
网格划分模块22，用于对模型进行有限元离散，将模型划分为有限元网格。
函数建立模块33，用于建立有限元网格的流体体积分数函数。
条件设置模块44，用于为流体体积分数函数设置速度与压力的边界条件。
函数求解模块55，用于基于边界条件对流体体积分数函数进行求解。
图形显示模块66，用于根据函数求解模块求解得到的流体体积分数函数的结果，输出油水两相流的流动状态的状态图。
其中，速度与压力的边界条件满足方程组(2)。
采用以上装置，可在建立油水两相流的模型并对其进行有限元的离散之后，在为求解其流体体积分数函数所施加的速度与压力的边界条件中，考虑了油水两相流所在的流动空间的壁面上的漏失速度的存在，提高了数值模拟方法得到的最终结果的准确性，有利于油藏的开发。
其中，函数建立模块33用于建立如公式(1)所示的流体体积分数函数。采用函数建立模块33建立的公式(1)对油水两相流的流体体积进行计算能够较为准确地得到油水两相流的动态界面状态。
可选地，函数建立模块33建立公式(1)的过程可包括：
先建立在油水两相流中存在的关系式，即方程组(1)；根据方程组(1)可得到公式(2)；
进一步在公式(2)的基础上，函数建立模块33采用Galerkin(伽辽金)法构建有限元网格内流体体积分数函数的加权余量方程，该加权余量方程满足公式(3)；函数建立模块33采用Galerkin(伽辽金)法构建有限元网格内流体体积分数函数的加权余量方程能够简化流体体积分数函数的计算过程，便于实现流体体积分数函数的计算，
函数建立模块33再建立有限元网格内的加权体积分数公式(4)，并将公式(4)代入公式(3)得到公式(5)，将公式(5)转换为矩阵形式得到公式(6)之后，利用差分方法，将公式(6)转换为公式(1)，函数建立模块33完成公式(1)的建立。
可选地，网格划分模块22还用于将模型分别划分为速度单元网格与压力单元网格。
函数建立模块33还用于分别建立速度单元网格与压力单元网格的插值函数。
函数建立模块33还用于通过速度单元网格的插值函数确定速度单元网格的速度函数，通过压力单元网格的插值函数确定压力单元网格的压力函数。
函数求解模块55还用于通过速度函数与压力函数确定流体体积分数函数的边界条件。采用以上步骤能够较为准确地得到模型的速度场与压力场，便于本发明后续流程的进行。
其中，函数建立模块33建立的速度函数与压力函数满足方程组(3)。通过函数建立模块33建立的方程组(3)能够较为准确地得到油水两相流的速度场与压力场，有利于提高本方法最终结果的准确性。
示例性地，网格划分模块22划分的速度单元网格为四边形二次单元网格，压力单元网格为四边形线性单元网格。速度单元网格与压力单元网格分别采用以上形式进行划分能够提高数值模拟结果的准确性。
示例性地，网格划分模块22划分的有限元网格为四边形二次单元网格。将有限元网格设置为于与速度单元网格相同的结构可减小计算流体体积分数函数时需要的计算量，最终减少得到油水两相流的流动状态图的时间。可选地，本发明实施例还可提供一种计算机设备，该计算机设备可包括处理器和存储器，存储器中存储有至少一条指令，指令由处理器加载并执行以实现本发明实施例中的数值模拟方法。使用这种计算机设备可较为容易地实现对本发明实施例中的数值模拟方法中的计算。
以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种油水两相流的流动状态的数值模拟方法，其特征在于，所述数值模拟方法包括：
建立油水两相流的模型；
对所述模型进行有限元离散，将所述模型划分为有限元网格；
建立所述有限元网格的流体体积分数函数；
为所述流体体积分数函数设置速度与压力的边界条件；
基于所述边界条件对所述流体体积分数函数进行求解；
将所述流体体积分数函数的结果以图像的形式显示，得到所述油水两相流的流动状态图像，
其中，所述速度与压力的边界条件满足以下方程组：
Figure FDA0003764027410000011
u为油水两相流x方向速度，v为油水两相流y方向速度,vl为油水两相流在油水两相流所在的流动空间的壁面上的漏失速度，w为油水两相流的流动区域宽度，gx为重力加速度沿x方向分量，gy为重力加速度沿y方向分量，p为油水两相流压力，τxx、τxy、τyx、τyy为油水两相流切应力，f为连续表面张力，ρ为油水两相流的密度，x方向与y方向为油水两相流中相互垂直的两个方向。
2.根据权利要求1所述的数值模拟方法，其特征在于，所述流体体积分数函数满足以下公式：
Figure FDA0003764027410000012
VOFI e n为当前时间步的有限元网格内各节点的体积分数矩阵，VOFI e n-1为前一时间步的有限元网格内各节点的体积分数矩阵，Δt为当前时间步与前一时间步的时间差，Me、Ke分别为不同的系数矩阵。
3.根据权利要求1所述的数值模拟方法，其特征在于，所述确定所述流体体积分数函数还包括：
采用伽辽金法构建有限元网格内流体体积分数函数的加权余量方程，所述加权余量方程满足以下公式：
Figure FDA0003764027410000021
其中，t为时间，VOF(Volume of Fraction)为油水两相流体中的比例较多的一相的体积分数，x为油水两相流中的一个方向，y为油水两相流中的另一个方向，x方向与y方向相互垂直。
4.根据权利要求1所述的数值模拟方法，其特征在于，所述方法还包括：
将所述模型分别划分为速度单元网格与压力单元网格；
分别建立所述速度单元网格与所述压力单元网格的插值函数；
通过所述速度单元网格的插值函数确定所述速度单元网格的速度函数，通过所述压力单元网格的插值函数确定所述压力单元网格的压力函数；
通过所述速度函数与所述压力函数确定所述流体体积分数函数的边界条件。
5.根据权利要求4所述的数值模拟方法，其特征在于，所述速度函数与所述压力函数满足以下方程组：
Figure FDA0003764027410000022
Figure FDA0003764027410000023
分别为速度单元网格内的x方向速度矩阵、y方向速度矩阵，
Figure FDA0003764027410000024
为压力单元网格内压力矩阵,vl为油水两相流在油水两相流所在的流动空间的壁面上的漏失速度，w为油水两相流的流动区域宽度，gx为重力加速度沿x方向分量，gy为重力加速度沿y方向分量，τxx、τxy、τyx、τyy为油水两相流切应力，f为连续表面张力，ρ为油水两相流的密度，x方向与y方向为油水两相流中相互垂直的两个方向，Ωe为单元网格，Γe为单元网格边界，θx为单元网格法线方向与x方向的夹角，θy为单元网格法线方向与y方向的夹角，μ为油水两相的粘度。
6.根据权利要求4所述的数值模拟方法，其特征在于，所述速度单元网格为四边形二次单元网格，所述压力单元网格为四边形线性单元网格。
7.根据权利要求1～6任一项所述的数值模拟方法，其特征在于，所述有限元网格为四边形二次单元网格。
8.根据权利要求1～6任一项所述的数值模拟方法，其特征在于，所述数值模拟方法还包括：
测量真实情况下的油水两相流的界面数据，所述界面数据包括油水两相流的温度、粘度及界面张力，将所述界面数据制作为温度-粘度曲线与温度-界面张力曲线。
9.一种油水两相流的流动状态的数值模拟装置，其特征在于，所述数值模拟装置包括：
模型建立模块，用于建立油水两相流的模型；
网格划分模块，用于对所述模型进行有限元离散，将所述模型划分为有限元网格；
函数建立模块，用于建立所述有限元网格的流体体积分数函数；
条件设置模块，用于为所述流体体积分数函数设置速度与压力的边界条件；
函数求解模块，用于基于所述边界条件对所述流体体积分数函数进行求解；
图形显示模块，用于根据所述函数求解模块求解得到的流体体积分数函数的结果，输出油水两相流的流动状态的状态图；
其中，所述速度与压力的边界条件满足以下方程组：
Figure FDA0003764027410000031
u为油水两相流x方向速度，v为油水两相流y方向速度,vl为油水两相流在油水两相流所在的流动空间的壁面上的漏失速度，w为油水两相流的流动区域宽度，gx为重力加速度沿x方向分量，gy为重力加速度沿y方向分量，p为油水两相流压力，τxx、τxy、τyx、τyy为油水两相流切应力，f为连续表面张力，ρ为油水两相流的密度，x方向与y方向为油水两相流中相互垂直的两个方向。
10.一种计算机设备，其特征在于，所述计算机设备包括处理器和存储器，所述存储器中存储有至少一条指令，所述指令由所述处理器加载并执行以实现权利要求1-8任一项所述的数值模拟方法。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106294282A (zh) * 2016-08-01 2017-01-04 中国石油天然气股份有限公司 黑油油藏模拟方法及装置
CN106934185A (zh) * 2017-04-27 2017-07-07 中国石油大学(华东) 一种弹性介质的流固耦合多尺度流动模拟方法
CN107143317A (zh) * 2017-05-31 2017-09-08 西南石油大学 低渗透油藏空气驱数值模拟方法及装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106294282A (zh) * 2016-08-01 2017-01-04 中国石油天然气股份有限公司 黑油油藏模拟方法及装置
CN106934185A (zh) * 2017-04-27 2017-07-07 中国石油大学(华东) 一种弹性介质的流固耦合多尺度流动模拟方法
CN107143317A (zh) * 2017-05-31 2017-09-08 西南石油大学 低渗透油藏空气驱数值模拟方法及装置

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
低渗透油藏数值模拟中内边界条件的处理;李荣强等;《油气地质与采收率》;20130525(第03期);全文 *
考虑渗透率张量的各向异性油藏有限元数值模拟方法;姚军等;《武汉工业学院学报》;20090915(第03期);全文 *

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