Using the Thermal Option in GEM

概述

从2010.10版本开始，GEM支持使用热模拟选项，该选项会同时解决温度方程和其他方程。

模型包括带有对流、传导和热损失项的能量平衡。对流项包括相焓。水相焓值通过查找蒸汽表确定，而油相和气相焓值则由状态方程确定。传导通过岩石和流体的热传导率项来建模，而对上层覆盖层、下层岩层和边缘边界的热损失则通过解析公式计算。

GEM不提供全面的蒸汽注入过程支持，这些过程在CMG的热模拟和高级过程模拟器STARS中处理得更好。有关GEM中使用的公式的详细信息，请参见附录E。

本教程旨在提供准备和运行GEM中的热模型的指导方针。

具体用法

在流体模型部分使用关键词*THERMAL *ON来启用热模拟选项。岩石的热容量和热导率通过*CP-ROCK和*THCONR0关键词在储层描述部分的*CROCKTYPE下输入。输入非常通用，意味着任何选择的网格块或储层的任何部分都可以有自己的岩石热容量或热导率设置。尽管GEM为岩石热容量和热导率提供了默认值，但建议用户提供合理的值。如果有多个*CROCKTYPE关键词，需要使用*CTYPE数组将它们与网格块关联，否则默认将第一个*CROCKTYPE分配给所有网格块。

储层边界的热损失在储层描述部分指定。输入与含水层规格说明类似。可以指定热损失发生在上覆岩层、下伏岩层或通过储层边缘。通常，可以在任何用户定义的网格块范围内指定热损失参数。有关更多详细信息，请参见*HEAT-LOSS关键词说明。

理想气体的焓值是根据油相和气相中所有组分的多项式相关性确定的。这个多项式的系数通过流体模型部分的*ENTHCOEF关键词输入。这些系数在GEM的库组件中可用，并且也包含在WinProp生成的GEM流体模型文件中。最终的油相和气相焓值是通过将EOS的焓偏差项加到理想气体焓上来计算的。

流体模型部分的*TRES关键词可以用来输入恒定的储层温度或具有与深度呈线性梯度的储层温度。可以通过初始条件部分的*TEMPER关键词指定基于网格块的通用初始储层温度输入。

为了计算使用岩石热容量和温度差的累积项，需要输入岩石密度。在岩石流体属性部分使用*ROCKDEN关键词按网格块输入岩石密度。

在数值方法控制部分，可以通过*NORM *TEMP和*MAXCHANGE *TEMP关键词控制时间步长大小、范数和温度的最大变化。温度方程的收敛可以通过*CONVERGE *TEMP控制。

在井和循环数据部分，对于热运行，注入井的井底注入温度是强制性的。可以通过*INJ-TEMP或*IWELLBORE关键词进行指定。除非正在为注入器进行井筒水力计算，否则可能更倾向于使用*INJ-TEMP，在这种情况下，*IWELLBORE可能包括井底注入温度和其他数据。请注意，*IWELLBORE和*PWELLBORE提供了一种更通用的方式来指定井底或井口的温度，并且当需要进行井筒压力或温度降计算时很有用。

可以通过*OUTSRF *GRID *TEMP请求输出温度数组来可视化储层温度，或者通过*OUTPRN *GRID *TEMP将其写入输出文件。日志文件包含有关热运行的最大温度变化和相应网格块位置的附加列。类似地，在*DATE/*TIME更改结束时，主输出文件中提供了有关能量平衡的额外输出。

示例

以下数据文件片段显示了不同数据段中与热模拟相关的关键词。您可能并不需要所有这些关键词。请参阅用户指南中的适当部分以获取关键词的详细信息。

 ** === INPUT/OUTPUT SECTION ====
 *INUNIT *FIELD
 *OUTPRN *GRID *SO *SG *TEMP
 *OUTSRF *GRID *SO *SG *TEMP
         
 ** === RESERVOIR DESCRIPTION =========
 *GRID *CORNER 308 55 125
           
 *CROCKTYPE 1
   *CP-ROCK 0.25  ** Rock Heat Capacity [BTU/(LB F)]
   *THCONR0 2.0   ** Thermal conductivity of rock
                  ** and [BTU/(HR LB F)]
 *CROCKTYPE 2
   *CP-ROCK 0.37
   *THCONR0 1.75
                  ** Assign crocktypes to grid-blocks
 *CTYPE *KVAR  100*1 25*2
           
 *HEAT-LOSS *BOTTOM-TOP-BOUNDARY
 **      rockden  rockcp therm-cond
 *HLPROP 165.0    0.25   2.0
           
 ** === COMPONENT PROPERTIES ==========
 *MODEL PR
 *NC 3 3
 *TRES 100.
 *ENTHCOEF
 -5.5810E+00  5.6480E-01 -2.8300E-04  4.1740E-07
 -1.5260E-10  1.9590E-14
 -7.6010E-01  2.7310E-01 -4.2960E-05  3.1280E-07
 -1.3900E-10  2.0070E-14
 2.9110E+01  2.0400E-03  4.3490E-04  -8.1810E-08
 7.2350E-12 -1.4560E-16
        
 *THERMAL *ON
          
 ** === ROCK FLUID SECTION =====================
 *ROCKFLUID
          
           
 *ROCKDEN *CON 165.4 **Rock Density [LB/CUFT]
         
 ** INITIAL SECTION =========================
 *INITIAL
           
 *TEMPER *CON 120.
           
 ** === NUMERICAL SECTION =======================
 *NORM *PRESS 145.
 *NORM *SATUR 0.15
 *NORM *GMOLAR 0.15
 *NORM *TEMP 5.
           
 ** === WELLS AND RECURRENT SECTION =============
 *RUN
           
  *CYCLPROD  1
  *PWELLBORE *MODEL
  **wdepth  wlength  rel_rough  whtemp  bhtemp  wradius
    7500.  7500.    0.0001      80.     120.    0.25
  *OPERATE  *MAX  *STG  6.2000E+6
  *OPERATE  *MIN  *BHP    500.000
           
  *INJECTOR  2
  *IWELLBORE
  **wdepth  wlength  rel_rough  whtemp  bhtemp  wradius
    7500.  7500.    0.0001      80.     270.    0.25
  *INCOMP   *CYCLING
           
 *DATE 2015 05 10
 *STOP

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