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申请/专利权人：中国石油大学(北京)

摘要：本发明属于能源开发技术领域，涉及一种三相流体相变渗流的数值模拟方法和系统，包括以下步骤：建立气‑液‑固三相体系自由能函数；通过所述自由能函数建立气‑液‑固三相流体相变渗流数学模型；对待测孔隙区域进行网格剖分，根据所述网格剖分结果，对所述模型进行时间和空间尺度上的积分离散，形成离散化的微分方程组；对所述微分方程组进行积分求解，将求解结果用于追踪三相界面处流体相组分及几何形态的演化规律。以解决大多数理论及方法都难以定量追踪复杂相变界面的组分连续演化和几何前缘形态及缺少针对气液固三相界面的相变渗流的问题。

主权项：1.一种三相流体相变渗流的数值模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：建立气-液-固三相体系自由能函数；通过所述自由能函数建立气-液-固三相流体相变渗流数学模型；对待测孔隙区域进行网格剖分，根据所述网格剖分结果，对所述模型进行时间和空间尺度上的积分离散，形成离散化的微分方程组；对所述微分方程组进行积分求解，将求解结果用于追踪三相界面处流体相组分及几何形态的演化规律；所述气-液-固三相体系自由能函数为： 其中，g表示气相状态，l表示液相状态，s表示固相状态，F是三相流体体系的自由能函数；f0是初始自由能；T是环境温度；是拉普拉斯算子；V是待测孔隙区域；χ表示气、液、固相流体中的甲烷浓度；φ是相场向量，φ＝[φg，φl，φs]，φα表示三相流体系中相α的体积分数；相α是气相、液相或固相；是甲烷溶于气相、液相或固相的单位体积下的界面能密度，是不同相之间的单位体积下的界面能密度；α＝[g，l，s]，β＝[g，l，s]；λ是拉格朗日因子；所述气-液-固三相流体相变渗流数学模型基于气-液-固三相体系自由能函数，通过Cahn-Hilliard相场方程、连续性方程、达西渗流方程和对流扩散方程建立所述气-液-固三相流体相变渗流数学模型，通过等式约束、初始条件及边界条件对所述模型进行约束；建立所述气-液-固三相流体相变渗流数学模型的具体过程为：通过所述Cahn-Hilliard相场方程建立甲烷气在相界面处的浓度演化方程，其中在相界面处的甲烷气浓度通过所述自由能函数的对于各相的变分倒数获得；通过对流-扩散方程描述流体相变导致的气、液、固相组分溶解与析出过程方程，从而定量获取三相界面处的各相组分分布，其中所述溶解和析出过程方程通过所述自由能函数的对于气液固相甲烷浓度的变分倒数获得；结合连续性方程和达西渗流方程，表征相变影响下可压缩流体在孔隙介质中的多相渗流力学行为；建立所述气-液-固三相流体相变渗流数学模型的表达式为： 式中，u是三相流体体系的速度向量；K表示导流能力；p表示施加可压缩约束后的局部流体压力；g表示重力加速度，是拉普拉斯算子，ρ是三相流体体系的密度，μα为相α的动力黏度，相α是气相、液相或固相。

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