MRST（MATLAB Reservoir Simulation Toolbox，MATLAB油藏模拟工具包）

MRST（MATLAB Reservoir Simulation Toolbox，MATLAB油藏模拟工具包）是由挪威科学技术大学（NTNU）开发的一个开源油藏模拟研究平台，主要用于教学、科研和原型开发。MRST基于MATLAB环境，提供了一套灵活、模块化的工具，用于构建、求解和可视化多相多组分流体在多孔介质中的流动问题。

一、MRST简介

MRST 是一个功能强大且高度可扩展的油藏模拟工具包，其主要特点包括：

1. 开源与可扩展性

   • MRST 是开源的，代码完全公开，用户可以自由查看、修改和扩展。
   • 支持用户自定义网格、物性模型、求解器等模块。

2. 灵活的网格处理能力

   • 支持结构化和非结构化网格（如角点网格、PEBI网格等）。
   • 可导入Eclipse格式（.GRID、.EGRID、.DATA等）的工业标准网格。
   • 提供网格生成、简化、聚合（aggregation）等功能。

3. 多相流模拟功能

   • 支持黑油模型（Black-oil）、组分模型（Compositional）、单相流、两相/三相流等。
   • 包含IMPES（隐式压力显式饱和度）、Fully Implicit（全隐式）等求解策略。

4. 高级物理模型支持

   • 可模拟重力、毛管力、相对渗透率、PVT物性等。
   • 支持裂缝建模（使用嵌入式离散裂缝模型，EDFM）、聚合粗化（AMG）、井控策略等。

5. 可视化与后处理

   • 利用MATLAB强大的绘图功能，提供丰富的可视化工具（如压力场、饱和度分布、流线、通量等）。
   • 支持动画、剖面图、等值线图等。

6. 与工业软件兼容

   • 可读取和写入Eclipse输入/输出文件，便于与工业标准模拟器（如Eclipse、INTERSECT）进行对比验证。

7. 教学与研究导向

   • 提供大量示例脚本（tutorials），适合教学和快速原型开发。
   • 模块化设计便于理解油藏模拟的核心算法（如有限体积法、线性求解器等）。

二、MRST的安装与配置

1. 系统要求

   • MATLAB R2015b 或更高版本（推荐R2020a以上）。
   • 至少4GB内存，建议8GB以上用于大型模型。

2. 安装步骤
   （1）下载MRST
   访问官方网站：https://www.sintef.no/projectweb/mrst/
   下载最新版本（如 mrst-2023a.zip）。

   （2）解压到本地目录
   例如：C:\mrst\mrst-2023a

   （3）在MATLAB中添加路径

   cd('C:\mrst\mrst-2023a');
   startup;
   

   startup.m 脚本会自动添加所有必要的子模块路径。

   （4）验证安装
   运行一个示例：

   two_phase_flow_simple();
   

   若成功显示压力和饱和度演化动画，则安装成功。

三、MRST基本使用流程

一个典型的MRST模拟流程包括以下步骤：

1. 创建或导入网格
2. 定义岩石和流体属性
3. 设置初始条件和边界条件
4. 定义井位和井控方式
5. 选择求解器并运行模拟
6. 可视化结果

示例：二维两相油水驱替模拟

% 1. 创建一个简单的二维网格
nx = 40; ny = 40; nz = 1;
G = cartGrid([nx, ny, nz]);  % 创建结构化网格
G = computeGeometry(G);     % 计算几何信息（体积、面积等）

% 2. 定义岩石属性（渗透率、孔隙度）
k = 100 * ones(G.cells.num, 1);     % 渗透率 (md)
phi = 0.2 * ones(G.cells.num, 1);   % 孔隙度
rock = struct('poro', phi, 'perm', convertFrom(k, 'milli*darcy'));

% 3. 定义流体（油和水）
fluid = initSimpleFluid('mu', [1, 3]*centi*poise, ...  % 粘度
                        'rho', [800, 1000]*kilo*gram/meter^3, ... % 密度
                        'n', [2, 2]);  % 相对渗透率指数

% 4. 设置初始条件
S = initResSol(G, 0.2);  % 初始含水饱和度为0.2

% 5. 定义井（注入水在左下角，生产在右上角）
W = [addWell([], G, rock, 1, 1, 1, 'type', 'bhp', 'val', 200*barsa, 'name', 'INJ', 'comp', [0, 1]) ...
     addWell([], G, rock, nx, ny, 1, 'type', 'bhp', 'val', 100*barsa, 'name', 'PROD', 'comp', [1, 0])];

% 6. 设置模拟时间
tEnd = 100 * day();
nSteps = 50;

% 7. 运行IMPES求解器
sol = []; 
for i = 1:nSteps
    [sol, ~, W] = solveIncompFlowIMPES(G, [], rock, fluid, sol, W, tEnd/nSteps);
    S = addSol(sol, 'S', S.sol(:,2));  % 更新饱和度
end

% 8. 可视化结果
clf;
plotCellData(G, S.sol(:,2));  % 绘制含水饱和度
title('Water Saturation');
colorbar;
view(2); axis tight;

四、MRST的高级功能

1. 黑油模型（Black-oil）
   使用 blackoil 模块可模拟油、气、水三相，包含溶解气、挥发油等复杂现象。

2. 聚合多重网格（AMG）加速求解
   使用 algebraicMultiscaleSolver 提高大规模问题的求解效率。

3. 嵌入式离散裂缝模型（EDFM）
   用于模拟裂缝性油藏，支持复杂裂缝网络。

4. 优化与历史拟合
   结合MATLAB优化工具箱，可用于参数反演和历史拟合。

5. GPU加速（实验性）
   部分模块支持GPU计算（需Parallel Computing Toolbox）。

五、优缺点总结

✅ 优点：

• 开源免费，适合学术研究。
• 模块化设计，易于理解和扩展。
• 强大的网格处理和可视化能力。
• 与工业标准兼容，便于验证。

❌ 缺点：

• 基于MATLAB，运行速度不如C++编写的商业软件（如Eclipse）。
• 不适合超大规模现场模型的工业级生产模拟。
• 需要MATLAB许可证（非免费）。

六、学习资源

1. 官方网站：https://www.sintef.no/projectweb/mrst/
2. 在线文档与教程：https://www.sintef.no/projectweb/mrst/documentation/
3. GitHub仓库（部分模块）：https://github.com/sintefmath/MRST
4. 示例脚本：安装目录下的 examples/ 和 tutorials/ 文件夹。

总结

MRST 是一个非常适合油藏工程研究人员、教师和学生的强大工具。它不仅能够实现从基础到高级的油藏模拟功能，还为算法开发和新模型验证提供了理想的实验平台。虽然在工业生产中可能不如商业软件高效，但在科研创新和教育领域具有不可替代的价值。