Software de simulación numérica principal
(1) PHREEQC
PHREEQC es un software informático para calcular diversas reacciones hidrogeoquímicas a baja temperatura (Scott y David, 2011). Basado en el modelo de agua asociado a iones, PHREEQC puede completar las siguientes tareas:
1) Calcular los tipos de sustancias y el índice de saturación de disolución de los minerales;
2) Simular el proceso geoquímico proceso de inversión;
3) Calcular reacciones por lotes secuenciales y reacciones de migración unidimensionales.
Además, al combinar PHREEQC con un modelo de transporte de solutos multicomponente se produce PHAST, un simulador de transporte reactivo tridimensional para sistemas de flujo de aguas subterráneas. Sin embargo, PHREEQC es un modelo basado en flujo de agua monofásico, por lo que no puede simular el movimiento de fluido de dos fases del agua con CO2 supercrítico. La aplicación más sencilla de PHREEQC es calcular la distribución de varias especies químicas en una solución, así como el estado de saturación de minerales y gases en la solución. La función de simulación inversa puede derivar y cuantificar ecuaciones de reacciones químicas que reflejan los cambios en las especies químicas durante el proceso de flujo.
(2)GEM
GEM v.2009.13 es un simulador para simular el uso de CO2 y gas ácido para mejorar la recuperación de petróleo. El simulador está totalmente acoplado a la ecuación de estado de la composición geoquímica (Nghiem et al. 2004). GEM utiliza un método de solución de un solo paso para resolver la ecuación de estado, pero la desventaja es que la carga de trabajo de cálculo es grande. GEM se puede utilizar para simular el equilibrio entre fluidos convectivos y dispersivos, petróleo (o CO2 supercrítico), gases y salmueras, el equilibrio químico entre especies en la fase acuosa y la disolución y precipitación dinámica de minerales. El simulador utiliza tecnología de discretización implícita adaptativa para simular el transporte de solutos en medios porosos utilizando modelos 1D, 2D o 3D. Las fases de petróleo y gas se simulan mediante la ecuación de estado y la solubilidad del gas en la fase acuosa se calcula mediante el modelo de la Ley de Henry. GEM también puede simular el proceso de penetración de agua en la fase gaseosa y la roca de cobertura mediante evaporación, efectos térmicos y sellado de grietas.
(3) Eclipse
ECLIPSE es un software paralelo y maduro que puede simular el petróleo negro, su composición y recuperación térmica (Schlumberger, 2008). En 1994, la Administración de Petróleo de Shengli lanzó la serie ECLIPSE de software de simulación numérica de yacimientos de petróleo, que se ha utilizado ampliamente en muchos aspectos, desde yacimientos de petróleo hasta yacimientos de gas, desde campos petroleros ordinarios hasta campos especiales de petróleo y gas, y desde la investigación de simulación convencional hasta investigación de simulación especial. Los módulos principales incluyen modelo principal, petróleo negro, composición, recuperación térmica, método de racionalización, plataforma operativa y Oficina ECLIPSE.
ECLIPSE es un software comercial, su parte principal está cerrada durante el uso y los usuarios solo pueden operarlo como una "caja negra". Sus desventajas son: no se puede obtener de forma gratuita y se puede utilizar y modificar a voluntad; no se puede combinar con el modelo termodinámico de fluidos geológicos más avanzado y es imposible agregar más factores influyentes para estudiar problemas específicos; Por tanto, los eclipses lunares no son aptos para la investigación científica.
TOUGH2/TOUGHREACT
TOUGH2 es la abreviatura de Transporte de Agua Subterránea Insaturada y HEA. Es un programa de simulación numérica (Pruesset al., 1999), utilizado para simular multifase. Flujo y flujo multifásico. Transferencia de calor en flujos de agua componentes y no isotérmicos y en medios porosos o fracturados de una, dos y tres dimensiones. TOUGH2 utiliza el método integral de diferencias finitas (IFD) (Figura 9-1) para resolver problemas de discretización espacial en simulaciones de flujo multifásico y transporte químico de múltiples componentes. Para satisfacer las necesidades de la informática a gran escala, Zhang et al (2008) desarrollaron una versión informática paralela de TOUGH2, a saber, TOUGH2-MP.
Figura 9-1 Discretización espacial y datos de parámetros geométricos en el método integral de diferencias finitas
Basado en TOUGH2, Xu Tianfu et al agregaron transporte de solutos multicomponente y tierra La función de simulación. de reacciones químicas ha formado un conjunto de software calibrado de simulación de migración geoquímica para reacciones de fluidos heterogéneos y no isotérmicos en medios geológicos saturados variables, TOUGHRE ACT (Xu et al., 2004). Además de todas las capacidades de TOUGH2, TOUGHREACT se puede aplicar a una variedad de fluidos reactivos y problemas de migración geoquímica. Por ejemplo, problemas de migración de contaminantes acompañados de adsorción lineal de Kd y desintegración radiactiva; evolución química de aguas subterráneas naturales en condiciones ambientales; evaluación de sitios de eliminación de desechos nucleares; almacenamiento geológico sedimentario profundo de CO2; reacciones Geoquímica, capacidad de almacenamiento de diversas formas de almacenamiento y sus cambios con el tiempo y el espacio deposición de minerales (como el enriquecimiento de depósitos de cobre supergénicos en minerales en sistemas de agua caliente en entornos naturales y de recarga);
(5) Compañía petrolera de Arabia Saudita
La plataforma de integración de software de simulación de sistemas petroleros multicomponente, multifase y multidimensional PETROMOD desarrollada por el IES (Sistema Integrado de Exploración) alemán La empresa ha ganado reconocimiento en la industria petrolera mundial (IES, 1995). El software integra actividad de fallas, surgencia y perforación de domos de sal, intrusión volcánica, efectos de difusión de gas, migración trifásica de petróleo, gas y agua y modelos de adsorción de petróleo y gas.
El Hybird introducido y adoptado por la plataforma de software de simulación es actualmente el algoritmo de simulación de migración de petróleo y gas más avanzado, que no solo puede garantizar la precisión de la simulación, sino también mejorar en gran medida la velocidad de ejecución de la simulación. Entre ellos, PETROFLOW3D se utiliza para simular la migración, acumulación, captura y pérdida de petróleo y gas, y PETROCHARGE EXPRESS nos proporciona una herramienta de análisis rápido basada en mapas para la migración de petróleo y gas y la simulación de trampas.
(6) MUFTE-UG
MUFTE-UG es una combinación de MUFTE y UG. MUFTE MUFTE es un modelo de flujo, transporte y energía multifásico (Class et al., 2002; Helminger, 1997). El paquete de software incluye principalmente los conceptos de modelos físicos y métodos multifásicos isotérmicos, no isotérmicos, porosos y fracturados. para flujo y transporte multicomponente. Puede describir la naturaleza discreta de los medios porosos fracturados. UG es la abreviatura de cuadrícula no estructurada. La estructura de datos que proporciona puede resolver rápidamente ecuaciones diferenciales parciales discretas basadas en el método de cuadrícula múltiple adaptativa paralela. La estructura modular de MUFTE UG puede resolver fácilmente diversos problemas con requisitos especiales.
La estructura modular de MUFTE-UG tiene muchas aplicaciones ambientales y técnicas diferentes. Por ejemplo, en el campo de las aplicaciones medioambientales, MUFTE-UG puede simular los dos problemas siguientes.
1) El napl (fluido no líquido) penetra en suelos saturados e insaturados. La tecnología de reparación optimizada y mejorada tiene un amplio espacio para la investigación y el desarrollo en el futuro.
2) Migración subterránea de CO2. El dióxido de carbono se inyecta en la formación a miles de metros debajo de la superficie terrestre bajo alta temperatura y presión. MUFTE-UG se puede utilizar para evaluar la evolución de penachos (migración convectiva y dispersiva) en acuíferos heterogéneos, acompañada de efectos de temperatura (debido a expansión y compresión) y disolución mutua de componentes (agua de salmuera y CO2).
(7) Nuft
Nuft (modelo de migración y flujo no isotérmico, no estacionario, saturado) es un conjunto de solucionadores numéricos (Nitao, 1998) que se utilizan para resolver problemas multifásicos. Migración de contaminantes del subsuelo durante el flujo no isotérmico multicomponente y el transporte de solutos en medios porosos. El software utiliza un código simple para aprovechar utilidades y formatos de archivos de entrada comunes. Recientemente, este código se ejecutó con éxito en sistemas Unix y DOS.
Este programa utiliza un conjunto completo de métodos de discretización de espacios en diferencias finitas para resolver ecuaciones de equilibrio. El método de Newton-Raphson se utiliza para resolver el sistema de ecuaciones no lineal en cada paso de tiempo, y el método de solución directa y el método de gradiente preconjugado se utilizan para resolver el sistema de ecuaciones lineal en cada iteración. El modelo puede resolver problemas de flujo de agua y transporte de solutos unidimensionales, bidimensionales y tridimensionales. En el futuro, el modelo se combinará con características como histéresis capilar, discretización de rejilla no ortogonal, partición de elementos finitos y adsorción isotérmica no lineal de sólidos.
(8) CODE-BRIGHT
CODE-BRIGHT es un programa de elementos finitos diseñado para abordar problemas de mecánica térmica acoplada (THM) en medios geológicos (Olivella et al., 1996) .
Los problemas de valores límite iniciales de las cinco ecuaciones rectoras principales (equilibrio de presión, equilibrio de masa de agua, equilibrio de masa de gas, equilibrio de energía y equilibrio químico pequeño) se pueden calcular en condiciones generales, y las ecuaciones de equilibrio en áreas locales también se pueden calcular en ciertas condiciones. condiciones. El método de elementos finitos se utiliza para la discretización espacial y el método implícito de diferencias finitas se utiliza para la discretización temporal. La iteración de Newton-Raphson se utiliza para resolver problemas no lineales.
CODE-BRIGHT puede simular la sustitución de agua por gas, el proceso de disolución del gas, los flujos convectivos y no convectivos de componentes y energía, y los cambios en la fase del agua. Los usuarios son libres de elegir entre almacenamiento de matriz dispersa y métodos de solución iterativos directos. Los programas paralelos ya están disponibles. Para facilitar a los usuarios el procesamiento de grandes cantidades de información, MaLiang utiliza el sistema Gi D para el trabajo de pre y posprocesamiento.
(9) COORES
COORES (CO2 Reservoir Environment Simulator) es un código de programa escrito por IFP para estudiar el proceso de almacenamiento a gran escala de CO2 desde pozos petroleros hasta cuencas (Le Gallo et al., 2006). Desarrollado por el Departamento de Matemáticas Aplicadas de EE. UU., es un programa designado y validado por los Departamentos de Ingeniería de Yacimientos, Geoquímica y Termodinámica.
Durante el proceso de subdivisión, el programa permite al usuario la flexibilidad de cambiar el tamaño, la forma y el estilo de la cuadrícula según sea necesario para caracterizar con precisión el yacimiento, minimizando así la cantidad de cuadrículas necesarias. Utilizando rejillas estructuradas o no estructuradas, COORES puede simular procesos de flujo multicomponente, trifásicos y tridimensionales en medios porosos heterogéneos. Linealice la ecuación de conservación molar totalmente acoplada utilizando el método de Newton. El modelo de migración también se combina con el simulador de reacciones geoquímicas Arxim para tener en cuenta los cambios en la mineralogía. Corrija los cambios en la permeabilidad y la presión capilar causados por cambios en la porosidad asumiendo diferentes leyes de porosidad-permeabilidad y porosidad-presión capilar, como las leyes de Kozeny-Carman, Labrid o Fair-Hatch.
(10) DUMUX
DUMUX es un programa que simula procesos de migración y flujo de agua multiescala y multifísica en medios porosos (Bastian et al., 2008). Fue desarrollado por la Universidad de Stuttgart en Alemania, basado en el Entorno Numérico Descentralizado o Unificado (DUNE) y escrito en C++. Du NE adopta una interfaz común, lo que permite que diferentes implementaciones compartan el mismo concepto (como grid y solver), mejorando así la utilización de recursos. El marco incluye una serie de módulos que se pueden descargar individualmente. DUMUX es un módulo adicional que hereda las funciones de otros módulos. Se utiliza principalmente para implementar de manera conveniente y efectiva la aplicación del modelo en problemas de flujo de medios porosos (desde la formulación del problema, la selección del formato discreto espaciotemporal, la solución de ecuaciones no lineales hasta el acoplamiento del modelo). ). DUMUX tiene un modelo numérico listo para usar y una aplicación de muestra.