(19)中华 人民共和国 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 202111662690.3 (22)申请日 2021.12.31 (71)申请人 西南石油大 学 地址 610500 四川省成 都市新都区新都大 道8号 (72)发明人 唐雁冰　杨鑫　李闽　赵金洲　 (74)专利代理 机构 成都金英专利代理事务所 (普通合伙) 51218 代理人 袁英 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/28(2020.01) G06F 111/04(2020.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 113/08(2020.01)G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种非定常流固耦合多相渗流模型构建方 法 (57)摘要 本发明公开了一种非定常流固耦合多相渗 流模型构建方法， 包括根据岩心尺度孔隙网络结 合非定常流动模型分析流体在孔喉通道中的非 定常流动， 获得圆形管束中流体轴向速度分布， 分别构建非定常单相液体流固耦合渗流数学模 型和非定常单相气体流固耦合渗流数学模型； 利 用非定常单相液体流固耦合渗流数学模型和非 定常单相气体流固耦合渗流数学模 型， 结合孔隙 网络模型中混合流体的特性参数构建非混相驱 替过程下的流固耦合多相渗流数学模 型， 将岩心 数字化孔隙网络模型与非定常流固耦合多相渗 流数值模拟方法结合， 进行岩心流固耦合渗流模 拟。 本发明可模拟再现室内岩心流动实验过程， 实现室内岩心的数字化单相和多相流固耦合渗 流模拟分析与测试。 权利要求书3页 说明书15页 附图6页 CN 114386302 A 2022.04.22 CN 114386302 A 1.一种非定常流固耦合多相渗 流模型构建方法， 其特 征在于， 包括： S1， 根据岩心尺度孔隙网络结合非定常流动模型分析流体在孔喉通道中的非定常流 动， 获得圆形 管束中流体轴向速度vr分布， S2， 根据单相液体渗流过程满足的假设条件， 采用有限体积法和雷诺运输方程来构建 非定常单相液体流固耦合 渗流数学模型； S3， 根据单相气体渗流过程中的气体的密度ρg和气体压缩系数Cg， 结合雷诺运输方程构 建同时满足低压和高压条件的非定常单相气体流固耦合 渗流数学模型； S4， 利用非定常单相液体流固耦合渗流数学模型和非定常单相 气体流固耦合渗流数学 模型， 结合孔隙网络模型中混合流体的特性参数构建非混相驱替过程下的流固耦合多相渗 流数学模型； S5， 将岩心数字化孔隙网络模型与非定常流固耦合多相渗流数值模拟方法结合， 进行 岩心流固耦合 渗流模拟。 2.根据权利要求1所述的一种非定常流固耦合多相渗流模型构建方法， 其特征在于， 所 述非定常单相液体流固耦合 渗流数学模型如下列表达式所示： 式中， Ct＝Cρ+Cp， Ct为综合压缩系数， Cp为孔隙压缩系数， Pa‑1； Cρ为液体压缩系数， Pa‑1； Δt为时间步长； qij为管束内流体的体积流量， gij为管束内液体的水力传导率； <p>ij为相邻 节点i和j之间的平均压力； Δpij为相邻节点i和 j之间管束的流体压力 差； Vpi0为节点i在初 始时刻的孔隙体积， R0ij为初始时刻节点i和j之间孔喉管束的半径； lij为相邻节点i和节点j 之间的孔喉长度； n 为与控制体中心 节点i相连通的节点数； μ为 流体粘度。 3.根据权利要求1所述的一种非定常流固耦合多相渗流模型构建方法， 其特征在于， 所 述非定常单相气体流固耦合 渗流数学模型如下列表达式所示： 式中， ggij为管束中气体流动的水力传导率； μg为气体黏度； p/Z μg为非线性项； p为控制 体中心节点处的孔隙流体压力， Rg为气体常数。 4.根据权利要求1所述的一种非定常流固耦合多相渗流模型构建方法， 其特征在于， 所 述流固耦合多相渗 流数学模型如下列表达式所示： 权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114386302 A 2Ct＝Cp+CISI+CDSD 式中， gij为管束内流体的水力传导率， pcij为节点i和j之间孔喉通道的毛管力； μeff为节 点i和j之间混合流体的有效粘度； CI和CD分别为注入流体和被驱替流体的压缩系数； SI和SD 分别为以节点 i为中心的控制体内注入流体和被驱替 流体的饱和度。 5.根据权利要求1所述的一种非定常流固耦合多相渗流模型构建方法， 其特征在于， 所 述非定常流固耦合多相渗 流数值模拟方法具体包括以下步骤： S201， 首先， 对流固耦合多相渗 流数学模型中的非线性毛管压力项 进行线性 化处理： 从而获得线性 化后的流固耦合多相渗 流数学模型： S202， 采用隐式数值模拟方法， 引入源汇项Qi， 对线性化后的流固耦合多相渗流数学模 型进行离 散处理， 得到： 式中， 上标t表示当前时刻下的流动状态， 上 标t+Δt表示下一时刻的流动状态； S203， 对步骤7023公式 中不同时刻的流动状态进行分离与合并， 得到： S204， 遍历孔隙网络模型中的所有网络节点， 孔隙网络模型中所有控制体均可将当前 时刻和下一时刻的流动状态带入步骤S70 3的公式中， 整理后形成如下矩阵： [A]t+Δt[X]t+Δt＝[B]t， 式中， [A]t+Δt为N×N大小的与流体水力传导率有关的稀疏矩阵， N为孔隙网络模型的节 点数， [X]t+Δt和[B]t是长度为N的两个向量， [X]t+Δt为下一时刻的压力场向量， [B]t为与上一 时刻压力场和边界条件有关的向量， 利用GPU代数多重网格广义最小残差算法求解以上矩 阵获得当前时刻孔隙网络模型中的流体压力场分布； S205， 非定常流固耦合多相渗流数值模拟过程中， 采用固定时间步长或变时间步长的 方式使该步长内流体界面 发生位移， 每一时间步下， 计算出界面移动后新的流体界面位置， 并更新整个孔隙网络模型中所有孔喉通道的水力 传导率和模型中各相流体的饱和度， 再进 行流体压力场分布求解， 直至整个孔隙网络空间被侵入流体占满或达到某一饱和度数值时 停止。 6.根据权利要求1所述的一种非定常流固耦合多相渗流模型构建方法， 其特征在于， 所 述步骤S5还 包括岩心数字化 孔隙网络模型的构建过程， 包括： S301， 选取岩心样本烘干后测量岩心孔喉长度、 孔隙度和渗透率， 并对岩心样本进行抽 真空饱和度模拟地层水或模拟地层原油；权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114386302 A 3