稠油在全球油气储量中的占比较高,蒸汽注采能够提高油藏温度,增大稠油流动性,被广泛应用于稠油油藏的开采中。使用数值模拟手段能够有效为实际开采过程提供分析和预测,对蒸汽注采稠油的数值模拟进行研究具有重要的工程应用价值。蒸汽注采稠油的控制方程具有强非线性,高温蒸汽注入油藏过程中释放大量相变潜热,由于相态变化的存在,物理量存在突变,数值求解难度较大。采用传统的全隐算法求解蒸汽注采稠油问题,稳定性较高,但由于质量守恒方程和能量守恒方程相互耦合,对于油藏开发进行大规模网格的数值模拟时,全隐算法需要求解规模庞大且带宽较高的稀疏矩阵,计算效率较低。对于蒸汽注采稠油问题,实现质量守恒方程和能量守恒方程的有效解耦,控制解耦带来的误差,并根据解耦后方程的数学特性选择更为适宜的数值求解方法,建立蒸汽注采稠油的高效求解算法为本文的主要研究内容。本文的具体研究工作如下:1.回顾顺序求解算法在质量守恒体系的有效解耦。顺序求解方法将质量守恒体系解耦成压力以及饱和度方程进行分步求解,需要通过方程之间的有效解耦保证计算的稳定性。针对压力方程,通过控制方程之间的线性组合构造压力方程,有效消除了时间偏导项中除了压力以外的其余物理量对压力方程的影响。针对饱和度方程,采用总渗流速度构造的饱和度方程进行求解,建立基于体积通量守恒的顺序求解算法,应用拓扑排序算法对其进行隐式求解。两者的结合实现饱和度方程和压力方程之间的有效解耦,提高顺序求解算法的稳定性,大幅降低蒸汽注采稠油数值模拟的计算耗时。2.修正蒸汽注采稠油顺序求解算法的能量守恒计算,建立蒸汽注采稠油的顺序求解算法。顺序求解算法在组分模型中发展较为广泛,但组分模型中控制方程一般为质量守恒方程,对能量守恒方程进行讨论较少。针对蒸汽注采稠油问题,建立顺序求解算法需要对能量守恒体系实现进一步的解耦。在油水两相渗流区,本文修正了能量守恒的计算方程。在顺序求解算法中由于温度变化后压力和饱和度不再满足质量守恒,导致能量方程求解中额外引入误差项,本文通过数学分析,对原能量方程进行展开后消除了该项误差,数值算例展现出较好的计算稳定性。3.分析饱和度方程构造对多相渗流顺序求解算法稳定性的影响。构造饱和度方程时,采用总渗流速度进行构造的顺序求解算法展示出较好的稳定性表现,而采用各相流速进行构造在计算时容易出现数值振荡现象。本文针对产生上述问题的原因进行了初步的探讨。理论和数值分析指出采用各相流速构造的饱和度方程在计算过程中由于不满足体积通量守恒,产生一个体积通量不守恒的误差项。上述误差项在计算过程中引入了一个负的扩散项,从而导致该方程在大时间步长下数值计算结果出现振荡。研究揭示了基于原方程构造的油水两相渗流顺序求解算法在计算时误差产生的原因,为后续顺序求解算法的修正奠定了基础。综上所述,本文对蒸汽注采稠油以及多相渗流的顺序求解算法进行了相关研究。针对蒸汽注采稠油的顺序求解算法,实现了方程之间的有效解耦,并按照方程的数学特性,采用了不同的数值计算方法,提升了计算效率;从顺序求解算法计算稳定性的角度出发,对采用总渗流速度构造饱和度方程的必要性进行了初步的探讨。本文的研究工作对提升蒸汽注采稠油数值模拟的计算效率具有应用前景。