一種油藏黑油模型數值模擬系統的製作方法

2024-02-23 23:07:15 1

=1000000，數據空間的利用率為25920—2592%iooooog'，就是說每個子區域的數據緩衝區中有97.408%的空間被浪費了。根進程的數據緩衝區也類似，根進程數據緩衝區的實際有效數據個數為-(6480x4)X49=l270080,而在聲明時分配給根進程數據緩衝區數組的大小為(/6maxx4)xmax—proc=(250000x4)x128=1280000001270080noo/層1謝1〃7v、屍oMW1畫wJMWl人、、(3)可知，第二行第一列元素r"M，卜^"是由於網格l的存在而對網格2產生的影響。第一行第二列元素^^MUA^D+D是由於網格2的存在而對網格1的存在而對網格1產生的影響。這裡的IM和IM1都是經過映射的排序序號，uz是網格的相對地面的深度。因此，得到結論如下(左邊)網格IM1對(右邊)網格IM的影響，反映在係數矩陣與(右邊)網格IM同行、與(左邊)網格IM1同列的非對角線元素F(/M，1^D)上；(右邊)網格頂對(左邊)網格頂l的影響，反映在係數矩陣與(左邊)網格IM1同行、與(右邊)網格IM同列的非對角線元素r(腿，卜9，丄Z)+l)上。在計算子區域內部相鄰兩個網格間流量交換時，IM是從網格2開始，至ljx方向最大網格^結束；IM1從網格1開始，到7^—i結束。如果考慮空間分解算法，在子區域人工邊界左側引入相鄰區域邊界網格0後，由上面的分析得知，會在係數矩陣F外面出現因為邊界網格對1號網格影響而產生的元素K(/M'，1~9，￡D)，在與網格i同行且與網格0同列的非對角線位置上，如圖10所示。將^W'，"^")乘上邊界網格/M1'對應的未知變量，並從右端項中減去，就可以恢復原來形狀的矩陣，並且該矩陣是考慮了邊界影響的。b.右邊界流量交換對方程組係數矩陣影響18同理，在右邊界處，我們要分析的是邊界網格0對網格2的影響(如圖2-11),即K(扁',1,丄D+1)。注意在邊界處理函數中，子區域內部最右邊的網格為/^1'(=2)，邊界層網格為/M'(=0),因此，右側邊界流量引起的r的變化，反映在數組元素W/M1'，19，M+1)中，而不是r(/M'，l9，瑪，如圖2_12所示。4.線性方程組並行求解(1)加法Schwarz方法由於經典Schwarz需要先求出一個區域上的解，再以該解作為邊界條件求另一個區域上的解，這種串行方法對於解空間較大的情況下效率很低，為此人們提出了並行求解的加法Schwarz方法。對於橢圓型Dirichlet問題丄"=/(Q)"=gm(4)將區域Q分解為m個子區域，即^^'=0，且每個子區域至少和另一個子區域有交集(同該子區域有交集的子區域的多少可以根據問題的複雜程度任意選取)加法Schward的執行過程描述如下(1)取初值，選擇初始近似"。e《(Q)，n:=0(2)求解，並行計算子區域上的邊值問題￡","+1=/，(Q,)<+1=w"，(^)，/=U.m(5)(3)解更新，將"'""的定義延拓到整個Q空間，定義》+1=《+1xeQ,(6)最後取算術平均，本次迭代(第n+l次)得到的解為""+、丄Z^1(7)(2)加速收斂絮略採用區域分塊並行方法後，在人為邊界處網格之間的影響會被割裂。通過引入並行邊界條件後，能夠正確形成人為邊界附近網格的係數項。但是，在各個進程求解過程中，右端項減去的是上一時刻的邊界係數項與未知數的19乘積，引入誤差，導致用ESPIDO方法作為線性求解器的核心算法而解出的局部區域解的誤差較大。雖然嚴格的誤差容限能夠提高精度，但是牛頓迭代次數會大幅增加。這是目前面臨的最大困難。從上述分析中可以看出，要使並行算法的迭代次數降低到與串行相當的水平，可以採用兩條途徑首先，研究並行程序求解的方程組的校正方法，使之在最大程度上接近真實方程曲面；其次，引入誤差方程快速更新技術，使收斂速度加快。①動態解曲面預估方程的係數矩陣和右端項是決定方程形態的重要部分。並行程序係數矩陣與真實方程係數矩陣越接近，非線性迭代次數就會越接近串行方法。在初始求解階段，並行和串行程序形成的方程係數矩陣比較接近，並行係數矩陣缺失的元素佔整個矩陣的比例很小，因此影響也比較弱。因此，並行和串行程序的迭代次數相對比較接近。隨著計算時間的增加，並行程序係數矩陣缺失部分的比重逐漸增加，對方程形態的影響也增大，誤差方程曲面距離真實曲面越來越遠，因而導致非線性迭代次數大幅增加。為了減輕缺失元素的影響，採用了誤差方程校正的方法，使並行程序的方程曲面在函數空間中儘量接近真實方程組，以期降低迭代次數。由於係數矩陣和右端項在每次牛頓迭代中都要重新形成，因此，這個形成過程是校正誤差方程的關鍵。一般認為，整個空間壓力場是連續的(除了個別特殊網格附近)，而且隨時間變化是連續的，甚至是Cl，C2連續的。借鑑有限單元法中形函數的概念，可以構造一個壓力場時間形函數^^力。有限單元法在空間網格內部用形函數近似逼近真實解，在網格邊界上滿足一定的連續條件，如C0，Cl連續。該方法在時間網格(可能包含幾個時間步長)內用時間形函數近似逼近真實解，並在時間網格邊界上滿足連續條件。基於非線性外推方法，通過對已知壓力點預測未來時間網格的壓力點數值，能夠將誤差係數矩陣非常快速的校正到真實函數曲面，大大降低並行程序牛頓迭代的次數，具有明顯效果。最簡單的初始解預估方法是線性外推算法。根據現在時刻壓力值^和過去時刻的壓力值^'，計算下一時刻的壓力值乂'，計算公式為20formulaseeoriginaldocumentpage21基於拋物線方程的二次外推預估算法，根據當前時刻壓力值^'°和過去兩個時刻的壓力值^'—2，P"構造二次公式，計算下一時刻的壓力值W計算公式為-其中係數"，6，e由下式確定formulaseeoriginaldocumentpage21(10)基於有理式的非線性外推預估算法，根據當前時刻壓力值,和過去"-l個時刻的壓力值構造一個有理式函數，計算下一時刻的壓力值p"。②並行解的鄰域校正方法由於並行方程係數矩陣缺失元素，迭代中修正方程得到的解曲面不能快速接近真解曲面，導致算法收斂性大幅降低。為了有效地將區域邊界外網格的影響有效計入各區域的迭代過程，我們提出了壓力鄰域校正加速策略。該方法的核心思想如圖13所示。*圖中^為區域內的邊界網格，A是與^相鄰的其它子區域內網格；^*和^。是，個網*格的第k次迭代的壓力解，而&6和&。是兩個網格的壓力真解。由於<和<基於流量e=-~)建立的線性相關性，可以用"x^。作為A對A的影響在S所在壓力子空間中的量化估計，修正^a，使其更有效地接近真解&4，提高算法收斂性。該方法的難點在於修正係數"的選擇，因為修正係數的作用隨計算問題不同而往往有所變化。我們針對不同的加速係數"，在多個模型上根據實際測試發現，a取值從0到0.6，迭代次數呈下降趨勢，但是當a》0.7時，會發生過度修正，使得迭代收斂速度更慢。5.結果收集整理輸出油藏數值模擬問題並行計算輸出特點(1)並行化是在每個時間步之內進行的；(2)在每次進入下一時間步之前，各進程數據相同；(3)大部分輸出發生在每個時間步結束之後。利用一個0號進程為根進程負責輸出，輸出之前增加了收集輸出數據的函數。數據收集工作由gatherout函數完成。其定義如下SUBROUTINEGATHEROUT(PF，SF，RSF，RF,SRSF，TAUF，SIGF，*BWF,BOF，BGF，G，SWCAR，*SGCAR，XC02F，SWA,*CVEC，RCUMP，RCUMI，FWP，FTP，THP，*MTHPT，MWSW)函數參數中列出的數據結構是可能需要收集的，不是一定收集的，對非根進程來說，這些數據結構是輸入的；對根進程來說，這些數據結構在gatherout之後，可能會變成全局的數據結構。具體需要收集哪些數據，由gatherout調用的setgatherlist函數設置。Gatherout分為以下幾部分實現(圖14):首先調用setgatherlist設置需要收集的數組標誌。非根進程調用packdata將需要發送的數據壓縮入消息緩衝區。調用gatherdata進行進程間通信。根進程調用u叩ackdata從消息緩衝區中還原數據到全局數組的對應位置。權利要求1、一種油藏黑油模型數值模擬系統，包括前處理子系統、串並行模擬器和後處理子系統，其特徵在於根據前期油藏描述的成果，由前處理子系統建立油藏黑油模型數值模擬模型，然後利用串並行模擬器，進行模擬運算，再利用後處理子系統分析模擬的結果，設計優化油藏開發調整方案，最後形成文字報告和匯報多媒體，提交最佳設計方案。2、根據權利要求1所述的一種油藏黑油模型數值模擬系統，其特徵在於前處理子系統用於建立數值模擬模型，包括項目管理、方案管理、數據管理、模型定義、網格建立、飽和度函數、流體性質、分區設定、水體描述、動態模型建立、作業控制和輸出控制12個模塊，項目管理實現項目相關信息的統一組織與管理，具體包括項目建立、項目打開、保存、另存、項目刪除、退出6項功能；方案管理實現項目不同研究方案的管理，具體包括新建方案、輸入方案描述信息，拷貝方案、保存方案、刪除方案5項功能；數據管理實現項目涉及數據的統一管理，具體包括數據輸入、數據檢査、數據編輯、數據顯示、數據分析、數據保存、數據輸出多項功能；模型定義，定義所建模型的基本信息，網格建立用於生成表徵油藏地質信息的網格模型，具體包括數據加載、編輯、場圖插值、網格設計、網格編輯、網格優化、網格賦值、三維圖形顯示多項功能；飽和度函數主要是建立巖石流體的飽和度函數及毛管壓力函數；具體包括相對滲透率曲線和毛管壓力曲線導入、曲線顯示、曲線編輯以及曲線處理和數據輸出；流體性質主要是處理分析油氣水的實驗分析數據，建立描述流體性質的流體模型；分區設定主要是設定不同飽和度函數、流體性質以及儲量統計對應的分區；水體描述用於表徵油藏的水體分布及大小；動態模型建立主要是通過油藏開發歷史數據的分析與處理，建立反映油藏開發過程的動態模型；作業控制用於設置模型運算的迭代誤差控制、時間步長控制；輸出控制用於設置輸出的內容和頻率。3、根據權利要求1所述的一種油藏黑油模型數值模擬系統，其特徵在於:串並行模擬器以數值模擬模型作為輸入文件，進行模擬運算，串並行模擬器的實現包含了以下關鍵技術可重疊的空間子區域劃分方案、負載平衡優化設計、動態分配內存、網格重排方法、區域分解中分割數據的快速索引、加法Schwarz方法、並行解的鄰域校正方法、曲面預估方法、線性方程組求解參數及方法優化、關鍵技術包括數據壓縮通訊、壓縮存儲技術；這些關鍵技術的應用提高了模擬運算的速度，解決大規模精細數值模擬研究問題。4、根據權利要求1所述的一種油藏黑油模型數值模擬系統，其特徵在於後處理子系統用於分析模擬結果，設計優化油藏開發方案，包括自定義參數場計算、平面視圖繪製、曲線圖繪製、三維立體視圖繪製、油藏縱向切片圖繪製、注採流線圖繪製、四位一體的油藏多指標綜合圖繪製、油藏動靜態參數定量動態描述8個模塊，自定義參數場計算利用已有的常規動靜態參數場進行組合計算，生成新的有地質意義的數據場，用戶可自定義最多10個計算參數場；平面視圖繪製具有兩大特色；一是圖件繪製齊全且有創新不僅可以繪製彩色分布圖、填充等值線圖、等值線圖、含水柱狀圖、累油水餅圖，還可以繪製疊加等值線圖；二是圖件繪製參數多樣包括油藏靜態數據、動態數據、原始數據及自定義場數據四類；曲線圖繪製可以繪製區塊及油水井的累積.、瞬時曲線圖，分析不同時期區塊及油水井的生產狀況，設置了靈活的繪圖工具一是繪圖的小層、井號及參數可以任意選擇；二是繪圖參數的X、Y坐標可以任意選擇，曲線的條數、繪圖的時間段可以任意選擇；三是曲線圖中的字體大小、字型、曲線的線型、顏色等均可自行選擇，方便了用戶；三維立體視圖繪製包括三維立體彩色分布圖、三維立體等值線圖兩種圖件的繪製；通過三維立體圖的繪製，可以直觀地反映油藏在平面和縱向上的變化特徵；油藏縱向切片圖繪製可以自動繪製靜態數據、動態數據、原始數據及自定義場數據四類參數的油藏切片圖；通過油藏切片圖的繪製，可以直觀地反映油藏在縱向上的變化特徵，搞清每口油井鑽遇的油層數、有效厚度、含油飽和度、剩餘儲量等基本數據，同時可以直觀地描述剖面線上油藏的非均質變化特徵；注採流線圖繪製可以根據當前時間壓力場繪製注採流線分布圖，顯示流體流動的方向，分析注採對應狀況；根據注水流線的分布圖，可以進行注採井網完善狀況的判斷與分析，確定那些區域是優勢流場，那些區域是非優勢流場，確定剩餘油潛力範圍和挖潛方向；四位一體的油藏多指標綜合圖繪製可以在同一微機屏幕上同時進行4種油藏地質圖件的顯示和對比分析，從而多角度、多方面的對油藏進行綜合分析；油藏動靜態參數定量動態描述把油藏儲層參數和剩餘油描述指標有機地結合起來，在微機上形成細化的網格數據體，全方位、多指標的對油藏動靜態參數進行定量描述，並通過時間坐標的設置，實現油藏二維、三維圖件的動態顯示，通過不斷補充數據實現對油藏的跟蹤分析和數據化管理。全文摘要本發明涉及一種油藏黑油模型數值模擬系統，屬於石油開採
技術領域：
，其結構包括前處理子系統、串並行模擬器和後處理子系統，首先是根據油藏的地質數據、生產動態數據、流體性質數據、巖石滲流特性數據，利用系統的前處理子系統，建立地質模型、動態模型、流體模型和巖石滲流模型，進而形成數值模擬模型，然後利用系統的高效並行模擬器，進行模擬運算，再現油田的開發過程，得到不同時間的油藏模型，再利用系統的後處理模塊，以可視化的形式，分析模擬運算的結果及剩餘油分布，優化設計油藏進一步開發的調整方案，最後提交當前條件下的最佳方案進行現場實施。文檔編號G06F17/50GK101661514SQ20081001606公開日2010年3月3日申請日期2008年5月21日優先權日2008年5月21日發明者於金彪,侯樹傑,史敬華,呂廣忠,周湧沂,孫業恆,宋道萬,張世明,濤戴,楊耀忠,秦學傑,蘇陳,韓子臣,馬泮光,魏恩芳申請人:中國石化股份勝利油田分公司地質科學研究院