(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211132984.X (22)申请日 2022.09.16 (71)申请人 中国石油大 学(北京) 地址 102249 北京市昌平区府学路18号 申请人 吉林大学　 中国科学院地质与地球物理研究所 (72)发明人 胡婷　许天福　芮振华　王彦飞　 赵阳　 (74)专利代理 机构 北京润平知识产权代理有限 公司 11283 专利代理师 唐民 (51)Int.Cl. G06F 30/28(2020.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 113/08(2020.01)G06F 119/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 地下流动系统热-水动力-化学多场耦合数 值模拟的方法 (57)摘要 本申请公开了一种地下流动系统热 ‑水动 力‑化学多场耦 合数值模拟的方法。 该方法包括： 获取初始流体及化学反应动力学参数； 根据初始 流体及化学反应动力学参数建立多相多组分多 场耦合的控制方程； 利用立方型状态方程确定各 个相态的组成组分平衡方程； 利用多相态的变形 达西定律， 确定各相态的流动方程； 根据组成组 分平衡方程和流动方程求解第一个时间步的控 制方程的差分形式； 在控制方程的差分形式保持 平衡的情况下， 进行地球化学系统的求解， 完成 第一个时间步的计算； 在控制方程的差分形式没 有保持平衡的情况下， 继续下一个迭代步的运 算， 直至控制方程保持平衡后结束运算。 本申请 提高了对CO2注入油层后地层地球化学反应计算 的准确度。 权利要求书3页 说明书16页 附图3页 CN 115470728 A 2022.12.13 CN 115470728 A 1.一种地下流动系统热 ‑水动力‑化学多场耦合数值模拟的方法， 其特 征在于， 包括： 获取初始流体及化学反应动力学参数； 根据所述初始流体及化学反应动力学参数建立多相多组分多场耦合的控制方程； 利用立方 型状态方程确定各个相态的组成组分平衡方程； 利用多相态的变形达西定律， 确定各相态的流动方程； 根据所述组成组分平衡方程和流动方程求解第一个时间步的所述控制方程的差分形 式； 在所述控制方程的差分形式保持平衡的情况下， 进行地球化学系统的求解， 完成第一 个时间步的计算； 在所述控制方程的差分形式没有保持平衡的情况下， 继续下一个迭代步的运算， 直至 所述控制方程保持平衡后结束运 算； 其中， 所述控制方程的差分形式被定义 为： 其中， 为残差， Mk表示组分k的质量或能量累积项， Fk为组分k进入或流出量， qk为组 分k的源汇项， e为迭代步， Δt为迭代步e与e+1间的时间差， n、 m分别为网格n与网格m， Vn为 网格n的面积， Anm与Fnm为网格n、 网格m之间的连接面积及流入(流出)量。 2.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述多相多组分多场耦合的控制方程满足 下列公式： 其中， Mk为组分k的质量或能量累积项， Fk为组分k进入或流出量， qk为组分k的源汇项， n 为网格n， Vn为网格n的面积， Γn为网格n的表面 面积。 3.根据权利要求1所述的方法， 其特 征在于， 质量累积项Mk满足下列公式： 其中， Mk为质量累计项， ρβ、 Sβ、 分别为β相的密度、 饱和度以及组分k在β相中的质量 分数， φ为孔隙数， 组分k包括烃组分CnHn， H2O及热， 总组分为n +2， 相态β 包括气相、 液相、 油 相和固相； 能量累积项Mk满足下列公式： 其中， Mk为能量累积项， ρβ为β 相的密度， Sβ为β 相的饱和度， hβ为β 相流体的焓值， 为动 能， gz为重力势能， uβ为流体流速， z为流体的相对高度， φ为孔隙数， ρR为岩体骨架密度， CR 为岩体比热容， T为网格温度。 4.根据权利要求1所述的方法， 其特 征在于， 质量 流量Fk满足下列公式：权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115470728 A 2其中， Fκ为k组分的质量 流量， ρβ为β 相的密度， Sβ为β 相的饱和度， uβ为流体流速； 能量流量Fk满足下列公式： 其中， Fκ为k组分的能量流量， ρβ为β相的密度， Sβ为β相的饱和度， uβ为流体流速， hβ为流 体焓值， 为热传导项， λ为热传导系数， 为动能， gz为重力势能， θ为流动方向与重 力方向的夹角。 5.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述利用立方型状态方程确定各个相态的 组成组分平衡方程包括： 利用PR立方方程确定水组分在气相的平衡方程、 水组分在油相的平衡方程和烃组分在 气、 油相的平衡方程。 6.根据权利要求5所述的方法， 其特征在于， 所述水组分在气相的平衡方程满足下列公 式： 其中， 为水组分在气相中的平衡摩尔分数， Psat(T)为当前温度下水的饱和蒸气 压， P为实际总压力； 所述水组分在气相的平衡方程满足下列公式： 其中， 为水组分在油相中的平衡摩尔分数， Solu(T)为温度条件T下水组分在油相 中的溶解度， Po为参考压力。 7.根据权利要求5所述的方法， 其特征在于， 所述烃组分在气、 油相的平衡方程满足下 列公式： fi(g)＝fi(o)， where  fi＝PΦixi， i＝1，…， NHC； 其中， fi(g)为组分i在气相中的逸度， fi(o)为i在油相中的逸度， fi为逸度， P为压力， Φi 为组分i的逸度系数， xi为i组分的摩尔分数， i 为组分。 8.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述利用多相态的变形达西定律， 确定各 相态的流动方程包括： 通过STONEI I模型或通过Coats模型确定确定油相的相对渗透率 函数。 9.根据权利要求8所述的方法， 其特征在于， 通过STONEII模型确定的油相的相对渗透 率函数满足下列公式： 其中， krocw为原生水饱和度(Swc)下的油相相对渗透率， krow为Sg＝0时的油相相对渗透权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115470728 A 3