基于热组分模型光滑求解的原位开采数值模拟方法及系统

技术领域

本发明涉及油气田开发工程数值模拟技术领域，尤其涉及一种基于热组分模型光滑求解的原位开采数值模拟方法及系统，基于优化后的热组分模型光滑非线性求解方法实现油页岩的原位开采数值模拟。

背景技术

现已明确的油页岩资源丰富，折算成目标油页岩油，产量数据相当可观，在传统石油资源日渐匮乏的背景下，油页岩的高效开采则变得愈发重要。目前，油页岩原位开采模拟己经比较广泛，由于油页岩原位开采技术相对比较成熟的主要是电加热技术和流体加热技术。自壳牌公司成功开发出电加热的ICP技术并进行现场试验以来，该技术得到了大众的广泛认可，针对该技术的数值模拟分析得到了广泛的研究。研究人员对油页岩原位开采的电加热技术开发油页岩的物理原理和数值分析进行了多方面的研究，然而现有的研究一般是直接基于多相流与温度场耦合计算为基础开展油页岩开发数值模拟研究，因此没有考虑干酪根裂解后的各种轻重质组分的生成情况，与实际生产情况有着较大差异，因此数值模拟的结果比较粗糙，计算精度有限。

Harold和Scott采用商业数值模拟软件CMG的STARS热采模块模拟了壳牌石油公司在美国科罗拉多西北部地区某油田电加热原位开采油页岩的过程，模拟计算了油产量、气产量等，并与实际生产数据进行对比验证。由此可见，目前对于油页岩传热传质的数值模拟研究大多采用多相流简化模型或者基于商业数值模拟软件的热组分模型进行求解，且目前商业数值模拟软件热组分模型的算法中往往需要在每个迭代步对每个网格进行相态稳定性分析，从而导致整个控制方程组的计算不够光滑，因此目前尚未形成自主研发的基于热组分模型光滑非线性求解的油页岩开发数值模拟工具。

公开于本发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成己为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种基于热组分模型光滑求解的原位开采数值模拟方法，目的是形成一种更光滑的无需判断相变的热组分模型非线性求解方法，并基于此形成相应的自主研发的油页岩开发数值模拟方法，以实现对油页岩开发过程的高精度数值模拟，为我国油页岩原位开采提供一种有效的数值模拟方案和工具。在一个实施例中，所述方法包括：

作业参数设置步骤、采用结构化网格技术对目标油页岩进行储层划分，进而根据油页岩网格的地质特征数据决策对应的原位开采设置数据；所述原位开采设置数据包括开采注热周期和注热温度数据；

开采记录步骤、控制加热装置按照所述原位开采设置数据对目标油页岩储区持续注热实现开采，采集开采过程中的热解动态数据；

数值模型建立步骤、考虑各项热解动态数据及其影响因素构建油页岩原位开采热组分模型，利用块中心有限体积方法对热组分模型的各项方程组进行离散处理获得有限体积离散格式方程；

运算求解步骤、利用引入相饱和度初始设置和组分浓度统一约束的非线性求解器对所述有限体积离散格式方程进行求解，算得目标油页岩原位开采热解模拟数据。

优选地，一个实施例中，在所述开采记录步骤中考虑多种流体组分和固相组分采集开采过程中的以下热解动态数据：干酪根热解化学反应系数、频率因子、活化能及各组分的相平衡比。

进一步地，一个实施例中，针对各相的物理性质数据，基于计算周期计算其平均值，作为投入数值模拟运算的目标值。

一个可选的实施例中，所述物理性质数据，包括油页岩开采过程中各相的密度、压缩系数和热传导系数。

作为本发明的进一步改进，一个实施例中，构建油页岩原位开采的热组分模型的过程中，包括：

综合考虑控制方程组、组分浓度限制方程和辅助方程构建基于干酪根热解化学反应的传热传质方程，控制方程组包括油页岩开采相关组分的物质守恒方程、能量守恒方程；辅助方程包括基于平衡常数的组分相平衡方程、井模型、化学反应速率方程、达西渗流速度方程。

进一步地，一个实施例中，在所述运算求解步骤中，引入含油饱和度初始条件设置值，以使每个网格初始时刻满足的方程组相同，避免相变判断需求。

优选地，一个实施例中，设置含油饱和度初始条件如下：

S

式中，S

进一步地，一个实施例中，在所述运算求解步骤中，还包括：引入松弛变量将组分浓度的不等式约束变成如下等式约束添加到离散处理后的全局方程组中：

X

式中，X

基于上述任意一个或多个实施例中所述方法的其他方面，本发明还提供一种存储介质，该存储介质上存储有可实现如上述任意一个或多个实施例中所述方法的程序代码。

基于上述任意一个或多个实施例中所述方法的应用方面，本发明还提供一种基于热组分模型光滑求解的原位开采数值模拟系统，该系统执行如上述任意一个或多个实施例中所述的方法。

与最接近的现有技术相比，本发明还具有如下有益效果：

本发明提供的一种基于热组分模型光滑求解的原位开采数值模拟方法，该方法先采用结构化网格技术对目标油页岩进行储层划分，依据网格的地质特征数据决策对应的原位开采设置数据；然后控制加热装置持续注热实现开采，记录过程中的热解动态数据；借助结构化网格划分技术和地质特征数据，能够有效保障开采设置数据的匹配性，同时获得有分析价值的开采热解动态数据，为后续的数值模型建立和运算提供可靠的数据支持；

进而构建油页岩原位开采的热组分模型并利用块中心有限体积方法离散处理后，利用引入相饱和度初始设置和组分浓度统一约束的非线性求解器实现求解，算得目标数值模拟结果，使得整个计算过程中都无需判断相变，且每个网格满足的控制方程相同，提高了非线性求解的光滑程度，且本发明添加统一的浓度限值约束，使得非线性收敛的解符合物理意义，在降低计算复杂性的技术上，提升了数值模拟预算的稳定性和精确度。

本发明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，或者通过实施本发明而了解。本发明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特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明一实施例所提供基于热组分模型光滑求解的原位开采数值模拟方法的流程示意图；

图2是本发明实施例所提供基于热组分模型光滑求解的原位开采数值模拟的一维模型算例图；

图3(a)是本发明实施例所提供一维模型算例开采过程中的无机组分生产动态曲线图；

图3(b)是本发明实施例所提供一维模型算例开采过程中的有机组分生产动态曲线图；

图4(a)是本发明实施例所提供一维模型算例开采过程中的20天的压力分布图；

图4(b)是本发明实施例所提供一维模型算例开采过程中的120天的压力分布图；

图5(a)是本发明实施例所提供一维模型算例开采过程中的20天的温度分布图；

图5(b)是本发明实施例所提供一维模型算例开采过程中的120天的温度分布图；

图6(a)是本发明实施例所提供一维模型算例开采过程中的20天的含油饱和度分布图；

图6(b)是本发明实施例所提供一维模型算例开采过程中的120天的含油饱和度分布图；

图7是本发明另一实施例所提供基于热组分模型光滑求解的原位开采数值模拟的二维模型算例图；

图8(a)是本发明实施例所提供二维模型算例开采过程中的0.001天的压力分布图；

图8(b)是本发明实施例所提供二维模型算例开采过程中的10天的压力分布图；

图8(c)是本发明实施例所提供二维模型算例开采过程中的30天的压力分布图；

图8(d)是本发明实施例所提供二维模型算例开采过程中的200天的压力分布图；

图9(a)是本发明实施例所提供二维模型算例开采过程中的0.001天的温度分布图；

图9(b)是本发明实施例所提供二维模型算例开采过程中的10天的温度分布图；

图9(c)是本发明实施例所提供二维模型算例开采过程中的30天的温度分布图；

图9(d)是本发明实施例所提供二维模型算例开采过程中的200天的温度分布图；

图10(a)是本发明实施例所提供二维模型算例开采过程中的0.001天的含油饱和度分布图；

图10(b)是本发明实施例所提供二维模型算例开采过程中的10天的含油饱和度分布图；

图10(c)是本发明实施例所提供二维模型算例开采过程中的30天的含油饱和度分布图；

图10(d)是本发明实施例所提供二维模型算例开采过程中的200天的含油饱和度分布图；

图11(a)是本发明实施例所提供二维模型算例开采过程中的无机组分生产动态曲线图；

图11(b)是本发明实施例所提供二维模型算例开采过程中的有机组分生产动态曲线图；

图12是本发明实施例所提供基于热组分模型光滑求解的原位开采数值模拟系统的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此本发明的实施人员可以充分理解本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程并依据上述实现过程具体实施本发明。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

虽然流程图将各项操作描述成顺序的处理，但是其中的许多操作可以被并行地、并发地或者同时实施。各项操作的顺序可以被重新安排。当其操作完成时处理可以被终止，但是还可以具有未包括在附图中的附加步骤。处理可以对应于方法、函数、规程、子例程、子程序等等。

这里所使用的术语“和/或”包括其中一个或更多所列出的相关联项目的任意和所有组合。当一个单元被称为“连接”或“耦合”到另一单元时，其可以直接连接或耦合到所述另一单元，或者可以存在中间单元。

这里所使用的术语仅仅是为了描述具体实施例而不意图限制示例性实施例。除非上下文明确地另有所指，否则这里所使用的单数形式“一个”、“一项”还意图包括复数。还应当理解的是，这里所使用的术语“包括”和/或“包含”规定所陈述的特征、整数、步骤、操作、单元和/或组件的存在，而不排除存在或添加一个或更多其他特征、整数、步骤、操作、单元、组件和/或其组合。

全球油页岩资源丰富，折算成油页岩油，约4400多亿吨，且根据最新调查结果，我国油页岩资源也十分丰富。在传统石油资源日渐匮乏的背景下，油页岩的高效开采则变得愈发重要。目前，油页岩原位开采模拟己经比较广泛，由于油页岩原位开采技术相对比较成熟的主要是电加热技术和流体加热技术。

自壳牌公司成功开发出电加热的ICP技术并进行现场试验以来，该技术得到了大众的广泛认可，针对该技术的数值模拟分析得到了广泛的研究。杨栋等对油页岩原位开采的电加热技术开发油页岩的物理原理和数值分析进行了研究，发现350℃～500℃时，油页岩具有集中热解的特性；李强对电加热开采方式下的温度场进行了数值模拟研究。薛晋霞为研究油页岩物理性质开展了油页岩干馏实验和渗透试验，并在FORTRAN软件中编写有限元程序，模拟油页岩原位电加热法开采过程，讨论了电加热条件下油页岩层温度场和压力场的变化。康志勤等和杨栋等也分别采用有限元方法对原位电加热开采建立了数值模型，模拟研究壳牌公司ICP过程中油页岩温度场和压力场的变化规律。施卫平等利用基于有限体积方法的FLUENT软件及自编FORTRAN程序开展了油页岩开发传质传热的数值模拟计算。然而，上述研究一般是基于多相流与温度场耦合计算为基础开展油页岩开发数值模拟研究，因此没有考虑干酪根裂解后的各种轻重质组分的生成情况，与实际生产情况有着较大差异，因此数值模拟的结果比较粗糙，计算精度有限。

Harold和Scott采用商业数值模拟软件CMG的STARS热采模块模拟了壳牌石油公司在美国科罗拉多西北部地区某油田电加热原位开采油页岩的过程，模拟计算了油产量、气产量等，并与实际生产数据进行对比验证。Fan等基于斯坦福GPRS模拟电加热器加热油页岩使油页岩热解和热解产物渗流的过程。该模型考虑了干酪根分解化学反应、组分相平衡、多相渗流和热对流扩散等机理，利用全隐式牛顿迭代方法对方程组进行求解。Li等针对油页岩数值模拟计算效率慢的问题，提出了多尺度油页岩原位开采数值模拟方法，Shen等同样采用CMG的STARS模块，考虑井筒回流热损失和表皮效应，模拟了壳牌公司油页岩原位电加热(ICP)现场过程，取得了更高的生产数据计算精度。

综上所述，目前对于油页岩传热传质的数值模拟研究大多采用多相流简化模型或者基于商业数值模拟软件的热组分模型进行求解，且目前商业数值模拟软件热组分模型的算法中往往需要在每个迭代步对每个网格进行相态稳定性分析，从而导致整个控制方程组的计算不够光滑，因此目前尚未形成自主研发的基于热组分模型光滑非线性求解的油页岩开发数值模拟工具。

为解决上述问题，本发明提供一种更光滑的无需判断相变的热组分模型非线性求解方法，并基于此形成相应的自主研发的油页岩开发数值模拟方法，以实现对油页岩开发过程的高精度数值模拟，为我国油页岩原位开采提供一种有效的数值模拟方案和系统工具。

接下来基于附图详细描述本发明实施例的方法的详细流程，附图的流程图中示出的步骤可以在包含诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。虽然在流程图中示出了各步骤的逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

实施例一

图1示出了本发明实施例一提供的基于热组分模型光滑求解的原位开采数值模拟方法的流程示意图，参照图1可知，该方法包括以下步骤。

作业参数设置步骤、采用结构化网格技术对目标油页岩进行储层划分，进而根据油页岩网格的地质特征数据决策对应的原位开采设置数据；所述原位开采设置数据包括开采注热周期和注热温度数据；

开采记录步骤、控制加热装置按照所述原位开采设置数据对目标油页岩储区持续注热实现开采，采集开采过程中的热解动态数据；

数值模型建立步骤、考虑各项热解动态数据及其影响因素构建油页岩原位开采热组分模型，利用块中心有限体积方法对热组分模型的各项方程组进行离散处理获得有限体积离散格式方程；

运算求解步骤、利用引入相饱和度初始设置和组分浓度统一约束的非线性求解器对所述有限体积离散格式方程进行求解，算得目标油页岩原位开采热解模拟数据。

基于上述实施例中的执行逻辑，能够围绕具备数值分析需求的油页岩储层开展平滑精确的原位开采数值模拟，综合考虑多种组分相平衡、多相渗流和热解反应因素，实现对油页岩开发过程的高精度数值模拟，为我国油页岩原位开采提供可靠的数据支持和优化基础。

在作业参数设置步骤中，根据油页岩网格的地质特征数据决策对应的原位开采设置数据是实施油页岩储层原位开采的前提，以一个一维地质模型为例，网格划分是10*1*1，网格尺寸是5m*10m*10m，初始压力是10MPa，在最左侧网格内有一口生产井定压5MPa生产，在最右侧网格内有一注热装置(可以是加热棒)，设置注热定温度370℃，开采时间为500天。

优选地，一个实施例中，在所述开采记录步骤中考虑多种流体组分和固相组分基于原位开采测量记录开采过程中的以下热解动态数据：干酪根热解化学反应系数、频率因子、活化能及各组分的相平衡比。

实际应用中，预先基于涵盖不同地质特征的油页岩岩样，设置相应的压力，开展设定规模的原位开采物理模拟实验，分析识别对开采效果影响较大的热解动态数据。进一步地，需要说明的是，针对各相的物理性质数据，本发明基于计算周期计算其平均值，作为投入数值模拟运算的目标值。具体地，设置采用上述设置的物理性质数据包括油页岩开采过程中各相的密度、压缩系数和热传导系数。

实际应用时，选取各相的密度、压缩系数、热传导系数这些物理性质，采用不随组分浓度发生变化的常值，可以理解为是整个计算过程中各相这些物理性质的平均值，这样操作能够有效减小计算的难度而提高计算效率。

进一步地，油页岩原位开采数值模拟涉及到基于干酪根热解化学反应的传热传质方程的耦合计算，因此是一个较为复杂的热组分模型，因此需要涉及到多方面的基本物理模型，主要包括各组分的物质守恒方程、能量守恒方程及由相平衡方程、井模型等构成的辅助方程。

在本发明的数值模拟方法中，流体组分包含CO

因此，一个优选的实施例中，构建油页岩原位开采的热组分模型的过程中，包括：

综合考虑控制方程组、组分浓度限制方程和辅助方程构建基于干酪根热解化学反应的传热传质方程，控制方程组包括油页岩开采相关组分的物质守恒方程、能量守恒方程；辅助方程包括基于平衡常数的组分相平衡方程、井模型、化学反应速率方程、达西渗流速度方程。

以某油页岩的原味开采热结过程为例，构建基本物理模型中的方程组如下，分别包括：

(1)物质守恒方程：

本发明流体组分(fluid components)

式中，

对于固相中的组分，主要考虑两个组分，即干酪根和焦炭，对于干酪根，有

式中，C

对于焦炭，由于焦炭一般不是化学反应的产物，因此守恒方程是：

式中，C

(2)能量守恒方程：

式中，λ是热传导系数，T是温度，H

(3)限制方程

(4)辅助方程

化学反应模型：

式中，C

在油页岩原位开采中，是考虑各流体组分在油相和气相的相平衡。

相平衡模型：

X

式中，K

井模型：

q

式中，WI是井指数，

q

式中，HI是井的传热指数，计算为

在上述构建热组分模型方程组的基础上，本专利基于块中心有限体积方法对上述方程组进行离散。

对构建的方程组进行有限体积离散处理的过程中，利用基于满足局部物质守恒的块中心有限体积方法，并采用正交网格体系的两点线性估计格式，得到上述连续型方程组的离散格式(具体离散格式见实施例)，最终形成的全局方程组包含17个主方程，其中包括：8个组分物质守恒离散方程、1个能量守恒离散方程、2个限制方程、6个约束方程，自变量17个，其中包括：压力、含水饱和度、含气饱和度、固相饱和度、固相中干酪根浓度、温度、除水组分外5个流体组分在气相中浓度、6个不等式约束的松弛变量。

以流体组分的物质守恒方程为例展示了控制方程有限体积离散格式的推导过程，其中流体组分的物质守恒方程有限体积离散格式如下：

式中，下标m和下标k分别表示网格m和网格k，n

固相组分干酪根物质守恒方程是：

固相组分焦炭物质守恒方程是：

能量守恒方程：

式中，H

式中，下标SC表示地面标准状况，D

限制方程：

约束方程：

X

式中，v

在有限体积离散格式基础上，结合非线性求解器则可以形成相应的数值模拟方法。

一般采用牛顿迭代和自动微分技术对上述非线性方程组进行求解。然而，在油页岩模拟计算中，一般含油饱和度的初值条件是

S

因此，需要在计算过程中判断各网格中是否会出现油相，若未出现油相，则对于油页岩生成的各轻重质组分而言，此时只有气相，则上述的相平衡方程不成立；若某网格内出现了相变，产生了油相，则各组分在油相与气相之间的相平衡方程才成立。因此，对于不同的网格，一般情况下，由于相变发生情况的不同，各网格满足的方程组可能并不相同，这给非线性计算的光滑性带来了挑战。

本发明研究人员设计了一种无需判别相变的且能给予相饱和度、组分浓度统一约束的非线性求解器，从而能够更光滑得对油页岩传质传热方程进行模拟计算。

具体地，一个实施例中，在所述运算求解步骤中，引入含油饱和度初始条件设置值，以使每个网格初始时刻满足的方程组相同，避免相变判断需求。

实际应用时，为了在不显著降低计算精度的情况下，增强牛顿迭代求解的光滑性而提高计算效率，一个优选的实施例中，本发明设置含油饱和度的初始条件是

S

式中，S

使每个网格都初始含油，从而使每个网格初始时刻满足的方程组相同，而无需判断相变是否发生，由于相渗曲线中会存在残余饱和度项S

S

则能保证每个网格在计算过程中至少会有S

另外的，作为本发明方案的进一步改进，为了使得非线性收敛的解符合物理意义，需要添加一些限制方程限制各组分浓度在0-1范围内，即

0≤X

本发明通过引入松弛变量v

X

式中，X

实施案例：

(1)以一个图2所示的一维模型为例，其网格划分是10*1*1，网格尺寸是5m*10m*10m，初始压力是10MPa，在最左侧网格内有一口生产井定压5MPa生产，在最右侧网格内有一注热装置(可以是加热棒)定温度370℃，其它基本的物性参数见表1中，本例中的化学反应见式(17)，相应的化学反应系数见表2，各组分的热焓计算根据关于温度的5次多项式函数计算(Passut and Danner,1972；Fan et al.,2014)，多项式函数的系数见Fan et al.(2014)。图3和图4分别展示了利用本发明方法模拟计算500天的无机组分和有机组分产出曲线，表3展示了本例非线性求解器的计算参数。图5、图6和图7分别展示了20天和200天时压力、温度和含油饱和度分布。根据图中的信息可知：生产初期地层内饱和的CO

KER→0.0096IC

式中，是本实施例中干酪根的化学反应方程式，KER是干酪根，IC

表1物理性质表

表2干酪根热解化学反应系数

表3计算参数表

(2)以一个如图7所示的二维模型为例，网格尺寸是5m×5m，网格剖分情况是11×11，厚度是5m，初始压力是10MPa。其中，注热网格分别是(4,4)、(4,8)、(8,4)、(8,4)，加热装置定温度370℃，生产井所在网格是(6,6)，定压5MPa生产，其他物性参数与例一相同。图8、图9、图10分别展示了0.001天、10天、30天和200天时的压力、温度和含油饱和度分布，图11展示了前500天的无机组分和有机组分的生产动态曲线，非线性求解器的相关计算参数见表4。可以看到：生产初期由于生产井定压生产，地层内饱和的CO

表4二维算例中的计算参数

上述一维和二维数值实例中的数据分析结果说明了本发明数值模拟方法的有效性。计算结果显示随着不断注热，相应网格的温度上升，使得油页岩热解速率加快，从而相应网格的压力和含油饱和度也会随之上升，且油页岩热解产生的CO

对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。

本专利形成的基于热组分模型光滑非线性求解的油页岩原位开采数值模拟方法能够实现油页岩原位开采传质传热方程的有效计算。在整个求解过程中无需对各网格的相态进行稳定性测试和相应增减相处理，降低了计算复杂性。

需要指出的是，在本发明的其他实施例中，该方法还可以通过将上述实施例中的某一个或某几个进行结合来得到新的基于热组分模型光滑求解的原位开采数值模拟方法，以实现对油页岩原位开采作业的数值分析和施工优化发展。

需要说明的是，基于本发明上述任意一个或多个实施例中的方法，本发明还提供一种存储介质，该存储介质上存储有可实现如述任意一个或多个实施例中所述方法的程序代码，该代码被操作系统执行时能够实现如上所述的基于热组分模型光滑求解的原位开采数值模拟方法。

实施例二

上述本发明公开的实施例中详细描述了方法，对于本发明的方法可采用多种形式的装置或系统实现，因此基于上述任意一个或多个实施例中所述方法的其他方面，本发明还提供一种基于热组分模型光滑求解的原位开采数值模拟系统，该系统用于执行上述任意一个或多个实施例中所述的基于热组分模型光滑求解的原位开采数值模拟方法。下面给出具体的实施例进行详细说明。

具体地，图12中示出了本发明实施例中提供的基于热组分模型光滑求解的原位开采数值模拟系统的结构示意图，如图12所示，该系统包括：

作业参数设置模块，其配置为采用结构化网格技术对目标油页岩进行储层划分，进而根据油页岩网格的地质特征数据决策对应的原位开采设置数据；所述原位开采设置数据包括开采注热周期和注热温度数据；

开采记录模块，其配置为控制加热装置按照所述原位开采设置数据对目标油页岩储区持续注热实现开采，采集开采过程中的热解动态数据；

数值模型建立模块，其配置为考虑各项热解动态数据及其影响因素构建油页岩原位开采热组分模型，利用块中心有限体积方法对热组分模型的各项方程组进行离散处理获得有限体积离散格式方程；

运算求解模块，其配置为利用引入相饱和度初始设置和组分浓度统一约束的非线性求解器对所述有限体积离散格式方程进行求解，算得目标油页岩原位开采热解模拟数据。

优选地，一个实施例中，所述开采记录模块配置为：考虑多种流体组分和固相组分采集开采过程中的以下热解动态数据：以下热解动态数据：干酪根热解化学反应系数、频率因子、活化能及各组分的相平衡比。

一个可选的实施例中，所述开采记录模块配置为：针对各相的物理性质数据，基于计算周期计算其平均值，作为投入数值模拟运算的目标值。

具体地，设置所述物理性质数据，包括油页岩开采过程中各相的密度、压缩系数和热传导系数。

进一步地，所述数值模型建立模块通过执行以下操作构建油页岩原位开采的热组分模型：

综合考虑控制方程组、组分浓度限制方程和辅助方程构建基于干酪根热解化学反应的传热传质方程，控制方程组包括油页岩开采相关组分的物质守恒方程、能量守恒方程；辅助方程包括基于平衡常数的组分相平衡方程、井模型、化学反应速率方程、达西渗流速度方程。

一般采用牛顿迭代和自动微分技术对上述非线性方程组进行求解。然而，在油页岩模拟计算中，一般含油饱和度的初值条件是

S

因此，需要在计算过程中判断各网格中是否会出现油相，若未出现油相，则对于油页岩生成的各轻重质组分而言，此时只有气相，则上述的相平衡方程不成立；若某网格内出现了相变，产生了油相，则各组分在油相与气相之间的相平衡方程才成立。因此，对于不同的网格，一般情况下，由于相变发生情况的不同，各网格满足的方程组可能并不相同，这给非线性计算的光滑性带来了挑战。

为了在不显著降低计算精度的情况下，增强牛顿迭代求解的光滑性而提高计算效率，本发明一个实施例中，所述运算求解模块配置为：引入以下含油饱和度初始条件设置值，以使每个网格初始时刻满足的方程组相同，避免相变判断需求。

S

式中，S

进一步地，为了使得非线性收敛的解符合物理意义，需要添加一些限制方程限制各组分浓度在0-1范围内，因此，一个可选的实施例中，所述运算求解模块还配置为：引入松弛变量将组分浓度的不等式约束变成如下等式约束添加到离散处理后的全局方程组中：

X

式中，X

本发明实施例提供的基于热组分模型光滑求解的原位开采数值模拟系统中，各个模块或单元结构可以根据数值模型优化需求以及运算需求独立运行或组合运行，以实现相应的技术效果。

应该理解的是，本发明所公开的实施例不限于这里所公开的特定结构、处理步骤或材料，而应当延伸到相关领域的普通技术人员所理解的这些特征的等同替代。还应当理解的是，在此使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而不意味着限制。

说明书中提到的“一实施例”意指结合实施例描述的特定特征、结构或特征包括在本发明的至少一个实施例中。因此，说明书通篇各个地方出现的短语“一实施例”并不一定均指同一个实施例。

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。