一种基于热-流-固-电多场耦合的稠油热采模拟方法

本技术属于油气田开发，尤其涉及一种基于热-流-固-电多场耦合的稠油热采模拟方法。

背景技术：

1、中浅层稠油作为重要的非常规油气资源，储量丰富但面临黏度高、流动性差的开采难题。传统注蒸汽热采技术存在能耗高、碳排放量大、储层伤害严重等突出问题，已难以适配“双碳”目标下的绿色开发需求。电加热有限热采技术凭借“以电代汽”的核心优势，通过井下电加热器产生焦耳热实现原油降黏与储层改造，成为稠油开采技术升级的关键方向。

2、然而，现有电加热开采技术存在显著瓶颈：一是多场耦合机制表征不完整，传统模拟仅考虑热-流-固部分耦合，忽略电场焦耳热生成与其他场的协同作用，且缺乏高效的模拟工具支撑全耦合计算；二是缺乏动态演化表征能力，现有方法多为静态模拟，无法通过模拟工具实时反映“电场焦耳热→温度升高→储层孔渗变化/原油黏度降低→传热/渗流参数调整→加热器应力腐蚀”的动态循环过程；三是参数优化盲目性强，未利用模拟工具建立“物理场变化-工程响应-参数调整”的关联机制，导致加热参数与储层、设备适配性差。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本技术提供了一种基于热-流-固-电多场耦合的稠油热采模拟方法，采用matlab平台构建四场耦合数值模型，实现了电场、热场、渗流场和力学场的全耦合模拟，能够提升稠油热采过程的精确性和效率。

2、本技术提供了一种基于热-流-固-电多场耦合的稠油热采模拟方法，所述方法包括，

3、基于matlab平台构建四场耦合数值模型，并对所述四场耦合数值模型进行顺序耦合迭代求解，获得输出物理场参数；

4、基于所述输出物理场参数根据预设的定量准则判断工程响应状态；

5、基于所述工程响应状态的判断结果，动态调整加热参数，并将调整后的加热参数作为下一时间步的输入，形成闭环控制；

6、基于所述闭环控制输出的调整加热参数，生成电加热器的实时控制指令，并将所述控制指令发送至井下电加热器，以控制加热功率、加热时间和加热温度区间，实施对稠油储层的电加热开采。

7、进一步的，

8、基于matlab平台构建四场耦合数值模型，具体包括：

9、建立温度依赖电导率的准静态电场控制方程，并计算获得焦耳热源项；

10、基于能量守恒定律建立含所述焦耳热源项的非稳态热场控制方程；

11、基于达西定律建立稠油-气-水三相渗流场控制方程；

12、基于连续介质力学建立包括热膨胀和孔隙压力的力学场控制方程。

13、进一步的，

14、对所述四场耦合数值模型进行顺序耦合迭代求解，具体包括：

15、在每个时间步内，求解所述准静态电场控制方程，输出电位场，基于电位场计算所述焦耳热源项；

16、将所述焦耳热源项代入所述非稳态热场控制方程，求解获得更新温度场，并基于所述更新温度场更新初始电导率，形成电场-热场双向耦合；

17、基于所述更新温度场更新原油黏度，求解所述稠油-气-水三相渗流场控制方程，得到更新压力场和流速场；

18、基于所述更新温度场和所述更新压力场求解所述力学场控制方程，得到应力场和应变，并更新孔隙度和渗透率；

19、分别判断所述更新温度场与初始温度场、所述更新压力场与初始压力场的相对变化是否均小于预设容差，基于判断结果进入下一时间步，或，以更新温度场和更新压力场为初值返回重新迭代。

20、进一步的，

21、在每个时间步内，求解所述准静态电场控制方程，输出电位场，基于电位场计算所述焦耳热源项，具体包括：

22、获取所述准静态电场控制方程；

23、采用指数模型描述电导率与温度的关系，构建电导率指数模型；

24、采用有限体积法对所述准静态电场控制方程进行空间离散，引入电场求解器求解稀疏线性方程组，计算获得电位场；

25、基于所述电位场和所述电导率指数模型计算焦耳热源项。

26、进一步的，

27、将所述焦耳热源项代入所述非稳态热场控制方程，求解获得更新温度场，并基于所述更新温度场更新初始电导率，形成电场-热场双向耦合，具体包括：

28、将所述焦耳热源项代入所述非稳态热场控制方程，采用交替方向隐式adi格式对所述非稳态热场控制方程进行时间和空间离散，求解获得更新温度场；

29、将所述更新温度场输入至所述电导率指数模型以更新初始电导率，获得更新电导率；

30、在下一迭代周期中，将更新电导率代入电场控制方程重新求解电位场和焦耳热源项，实现温度场对电场的反馈，形成电场-热场双向动态耦合。

31、进一步的，

32、基于所述温度场更新原油黏度，求解所述稠油-气-水三相渗流场控制方程，具体包括：

33、采用指数模型描述原油黏度与温度的关系，构建黏温指数模型；

34、采用有限体积法对所述稠油-气-水三相渗流场控制方程进行空间离散，基于线性方程求解器求解离散后的线性方程组，获得更新压力场和流速场；

35、将所述更新压力场和流速场反馈至所述非稳态热场控制方程，形成温度场-渗流场双向耦合。

36、进一步的，所述基于matlab平台构建四场耦合数值模型还包括，利用matlab自主构建三维结构化网格，对电加热井附近区域进行局部加密。

37、进一步的，

38、基于所述输出物理场参数根据预设的定量准则判断工程响应状态，具体包括：

39、提取实际储层体积应变，将其与预设储层体积应变进行比较，基于比较结果判断是否过度变形；

40、提取加热器护套的最大主应力，将其与预设的材料屈服强度进行对比，基于对比结果判断是否应力超标；

41、基于输出温度和输出应力参数，结合腐蚀速率模型计算加热器实际腐蚀速率，将其与预设腐蚀速率进行比较，基于比较结果判断是否腐蚀超标。

42、进一步的，

43、基于所述工程响应状态的判断结果，动态调整加热参数，具体包括：

44、当储层过度变形时，基于实际储层体积应变与预设变形阈值进行比较，基于比较结果判断变形超标程度，基于变形超标程度确定对应调整参数；

45、当加热器应力超标时，基于实际最大主应力与预设的屈服强度阈值进行比较，基于比较结果判断应力超标程度，基于应力超标程度确定温度下调幅度或加热器结构优化参数；

46、当加热器腐蚀超标时，调整加热温度区间，并更新护套材质参数；

47、当储层变形正常、加热器应力正常且加热器腐蚀正常时，以采收率最大化、能耗最小化为目标，对加热功率进行调整。

48、进一步的，

49、基于比较结果判断应力超标程度，基于应力超标程度确定温度下调幅度或加热器结构优化参数，具体包括：

50、当所述实际最大主应力大于等于第一预设屈服强度时，判定应力重度超标，确定初始加热器结构参数并进行基于预设优化策略进行优化；

51、当所述实际最大主应力大于等于第二预设屈服强度且小于第一预设屈服强度时，判定应力中度超标，基于应力超标数值确定温度下调幅度。

52、与现有技术相比，本技术具有如下优点：

53、1.本技术通过自主建立温度依赖的电导率指数模型准确描述了电导率随温度的非线性变化及焦耳热正反馈效应，消除了现有技术中线性模型在高温区域的焦耳热预测偏差，显著提高了电场-热场双向耦合的模拟精度。

54、2.本技术采用黏温指数模型精确表征稠油黏度随温度升高可降低的指数衰减特性，结合修正压力法消除重力源项，保证了渗流场求解的数值稳定性，提供了可靠模拟手段。

55、3.本技术通过采用增量有效应力而非绝对压力，修正了现有技术因压力初始值偏差导致的渗透率失真问题，实现了力学场-渗流场双向耦合，更真实地反映热膨胀引起的储层物性改造。

56、4.本技术通过自主实现的四场动态参数更新机制，建立“正演模拟-状态判断-参数优化”的闭环控制方法，实时捕捉储层、加热器的动态响应，避免了静态模拟的盲目性，提升了工程适配性。

57、本技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本技术而了解。本技术的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。