多孔介质通道内非混相驱替过程的格子Boltzmann方法模拟

针对CO_2泡沫相与原油体系,基于Shan-Chen伪势格子Boltzmann模型,耦合液-液、液-固间相互作用力与界面张力、液固润湿性之间的关系,对多孔介质通道内CO_2泡沫驱流动规律进行数值模拟,研究了雷诺数(Re)、毛细数(Ca)和壁面润湿性对非混相两相驱替流动中黏性指进的影响。实验结果表明,随Re和Ca的增大,黏性指进显著发展,驱替效率降低;壁面润湿时,无明显指进现象,而当壁面非润湿时,黏性指进较为明显,且随非润湿性程度的增加而愈发严重。在进行两相驱替流动时,需综合物性及驱替流体与固壁的润湿情况,确定驱替流体的注入条件,以提高驱替效率。     

专题报道北大核心CSCD

本期针对CO_2泡沫相与原油体系,基于Shan-Chen伪势格子Boltzrnann模型,耦合液-液、液-固间相互作用力与界面张力、液固润湿性之间的关系,对多孔介质通道内CO_2泡沫驱流动规律进行数值模拟,研究了雷诺数(Re)、毛细数(Ca)和壁面润湿性对非混相两相驱替流动中黏性指进的影响。随Re和Ca的增大,黏性指进显著发展,驱替效率降低;壁面润湿时,无明显指进现象,而当壁面非润湿时,黏性指进较为明显,且随非润湿性程度     

专题报道

<正>本期针对CO_2泡沫相与原油体系,基于Shan-Chen伪势格子Boltzrnann模型,耦合液-液、液-固间相互作用力与界面张力、液固润湿性之间的关系,对多孔介质通道内CO_2泡沫驱流动规律进行数值模拟,研究了雷诺数(Re)、毛细数(Ca)和壁面润湿性对非混相两相驱替流动中黏性指进的影响。随Re和Ca的增大,黏性指进显著发展,驱替效率降低;壁面润湿时,无明显指进现象,而当壁面非润湿时,黏性指进较为明显,且随非润湿性程度     

气驱窜流特性理论研究

为研究水驱后气驱的窜流特性,在水驱油模型的基础上推导了气驱窜流突破公式,研究了均质和非均质,混相和非混相,以及垂直方向的气窜特性,指出混相形成段塞式驱替,非混相一定发生突进,但突进很小.加入表面活性剂形成泡沫或增加压力达到混相等方法可以达到增加驱替相的黏度,减少气相渗透率和气窜的目的.通过水气交替注入和加入聚合物等材料,降低驱替相的相渗透率,可以减少黏性指进.混相与非混相时,都是高渗透层突破快,指出发生窜流主要是因为地层非均质引起的前缘突破时间不同.在垂直方向,上部地层压力高于下部地层,流体处于连续状态,气体无法上窜,上部流体流入下部;下部地层压力高于上部,出现黏性指进,存在高渗透层则出现舌进.裂缝的存在只是加快窜流速度,窜流前缘突破时间大大减少.在容积器皿中的气液分离效应是重力分离,多孔介质中是黏性指进和高渗透层窜流.     

基于页岩孔隙网络模型的油水两相流动模拟

为了直观准确地认识页岩油流动特征以及微观剩余油的形成机理,以济阳坳陷沙河街组泥页岩储层为研究对象,利用聚焦离子束扫描电镜系统扫描成像,构建了三维数字岩心并提取了孔隙网络模型,分析了孔隙结构参数,将三维孔隙网络模型的物性参数与室内实验物性数据进行了对比,验证了该模型的准确性,在孔隙网络模型的基础上,分析了样品的孔喉结构特征,并结合Navier-Stokes方程建立了油水两相渗流数学模型。利用有限元方法进行求解,进行油水两相微观流动模拟。结果表明:泥页岩样品具有孔隙结构复杂、孔隙配位数低、连通性差等特点,页岩油储集空间和流动空间主要为纳米级孔隙。流体在孔隙网络模型中流动情况复杂,随驱替压力的增加采出程度提高;压力越大,越易出现指进现象,使局部剩余油形成。局部狭窄喉道的尺寸是限制流体流动的关键因素。当壁面润湿性为水湿时,驱油效果最好,模型壁面为油湿时,驱油效果最差,中性润湿时,不易形成剩余油。该研究成果对于微观条件下页岩油的油水两相流动研究具有指导意义。     

考虑弥散的混溶驱替模拟

弥散是混溶驱替过程中一种重要的传质方式,在一定程度上决定着体积波及效率,然而很多混溶驱替模拟过程均未考虑弥散的影响。为此,根据随机建模方法来构建体中心网络模型,利用Kirchoff定律和有限差分方法对模型压力场和浓度场进行耦合求解,开展混溶驱的动态网络模拟,分析孔隙结构特征参数与流体流动参数对混溶驱的影响。结果表明：与不考虑弥散的混溶驱相比,考虑弥散的混溶驱体积波及效率更高,驱替流体突破时间更晚,前缘突破时的采出程度更高;对于考虑弥散的混溶驱,孔隙非均质性越强（或孔隙连通性越低或黏度比越大或驱替流量越大）,黏性指进现象越明显,体积波及效率越低,前缘突破时间越早,采出程度越低;前缘突破时的采出程度与孔隙非均质性（或孔隙连通性）呈线性关系,与黏度比（或驱替流量）呈乘幂关系。该研究成果对于弄清溶质运移规律和提高驱替流体的体积波及效率具有重要意义。     

水气交替注入过程纳米颗粒对CO_2运移特征的影响

为了有效控制CO_2提高采收率和CO_2埋存过程中CO_2流体的流动性,在储层或砂岩含水层中注入纳米颗粒。室内实验采用CT扫描仪观察和测量CO_2驱替盐水/纳米颗粒溶液以及盐水/纳米颗粒溶液驱替CO_2的流动形态和流体饱和度。研究结果表明,纳米颗粒溶液实验中CO_2驱替前缘比较一致并且流体流动较慢,其初始CO_2饱和度和剩余CO_2饱和度要大于盐水实验中的初始CO_2饱和度和剩余CO_2饱和度。纳米颗粒使得CO_2与盐水产生稳定的乳状液,减小流体流动性,增加流体有效黏度。根据Land方程,盐水实验中C常量为2.45,纳米颗粒实验中C为2.25,因此CO_2注入方案的制定应尽量选取小的C常量,以减缓气水交替注入过程中CO_2的黏性指进,将更多的CO_2滞留或保存在地层中。     

气泡卡断过程中的喉道液领形态与聚并模型

在毛细管中用气体驱替润湿流体时,被驱替的流体通常会在管壁上留存一层薄液膜。气泡周围的润湿相液膜对于两相流中的流体运移起到关键作用,特别是气泡在孔隙喉道处的分离。此类液膜的存在,对于孔隙尺度的流动机理建模具有重要影响。文中通过建立气泡卡断过程中润湿流体在孔隙喉道聚并形成的液领形态模型,于结果分布中得到一条液领形态演变路径,可研究卡断现象的动态特征;随后通过建立液领聚并模型,计算得到液领聚并(卡断)时间。液膜厚度和卡断时间与实验结果相符,证明了模型较合理,精确度较高。     

稠油油藏聚合物驱相对渗透率曲线及驱油效率影响因素

针对目的海上稠油油藏地质特征、流体性质和现场施工工艺,通过岩心驱替实验、岩心CT扫描和理论分析,开展了岩心渗透率、水冲刷作用及原油黏度对聚合物驱相对渗透率和驱油效率影响研究。结果表明,随岩心渗透率增加,油相相对渗透率降低,驱替相渗流阻力减小,水相相对渗透率增高,波及区域面积增大,两相流跨度带增大,最终采收率增加;水冲刷对岩心孔隙结构的“携屑”和 “剥蚀”作用会扩大孔喉半径,增大岩心渗透率,其对相渗透率曲线和驱油效率的影响与岩心渗透率增大造成的影响相同;随原油黏度增加,油水两相相对渗透率降低,驱替相黏性指进现象加剧,渗流阻力增加,波及区域面积减小,两相流跨度带减小,最终采收率降低。     

油藏岩石中油水流动性质与动态接触角的相关性

室内岩心驱替实验已确定了了解油藏中流体流动性质的主要步骤。油水相对渗透率或许是岩心驱替实验得到的最普遍的参数，但这些参数只能求助于数学模型中岩石-流体所有相互作用的研究结果才能描述油藏流动现象。岩石的润湿性是对油藏流体流动机理有强烈影响的因素之一，因此，在过去几十年，有大量根据岩心驱替实验推测润湿性的论文。另一方面，传统上认为原油-水-固体体系中观察到的接触角是真实的或通用的度量润湿性的参数。因此，出现了一个明显的问题：根据岩心驱替推测的润湿性与接触角之间有联系吗？根据以前的文献似乎不能得出确定性的回答，原因有二个方面：①Craig广义经验方法虽然可以近似比较，尤其是极端情况下润湿的比较，但不能直接推导出表征润湿性的岩石——流体相互作用的大小；②常规的接触角测量普遍存在一个再现性问题。在其它文献中报导的双滴双晶板（DDDC）技术，似乎解决了接触角测量中再现性这个长期存在的问题。本文的目的是将对差别较大的岩石-流体体系用有再现性的DDDC法检测结果与用油藏和贝雷岩心进行的水驱实验得到的对应油水相对渗透率相比较。共比较了10种不同实验结果。其中有8种岩石-流体体系水驱实验结果与接触角测量结果得出的润湿性类似，而其余两种差别明显。对结果的一致性与差异性进行了解释，重点是弄清岩心分析与油藏流体分布和流动机理之间的重要关系。     

气湿反转解除裂缝-基质液锁的实验研究

地层凝析液和外来流体在致密砂岩凝析气藏储层中形成液锁效应大大降低气井产量是其开采过程中面临主要问题之一。通过填砂管模型模拟压裂后形成的支撑裂缝与基质岩心驱替实验,评价气润湿反转剂CRS-850对裂缝-基质双重介质"液锁"损害解除效果,得出如下结论:氟碳类气润湿反转剂CRS-850可实现岩心表面润湿性由强水湿性转变为气相润湿,处理后岩心端面"气-液-固"平均润湿角从33. 3°增大到101. 2°;气润湿反转剂显著提高岩心内部液相渗流能力,增加气驱渗透率,岩心气驱渗透率恢复效果显著,在气驱盐水基础上提高了501. 69%～673. 91%,表明气润湿反转剂有利于致密砂岩储层解除"液锁"损害;气润湿反转剂可进一步解除填砂模型模拟压裂后形成的支撑裂缝液锁损害,填砂管模型渗透率越低,气驱排水率越高,润湿性改变后的气驱排水率提高幅度也越大;同时,气润湿反转剂有利于解除压裂后形成的裂缝-基质岩心双重介质中液相损害,有效恢复率达19. 47%。     

低渗透砂岩润湿性对水驱和复合驱采收率的影响

在砂岩岩心渗透率小于50×10-3μm2条件下,考察驱替相润湿接触角分别为37,86,126和167°的驱油效果,对应水驱采收率平均值依次为16.18%,15.47%,13.94%和9.02%,复合驱采收率依次为21.12%,17.33%,13.53%和5.26%。结果表明,除强亲油性外,其他润湿性对岩心水驱采收率的影响不显著。复合驱提高采收率幅度随润湿性由亲油到亲水变化逐渐提高,其平均值与润湿接触角呈二阶线性负相关关系,即润湿接触角越小,采收率越高,接触角为37°时提高采收率最大。低渗透孔隙微毛细管对原油的捕集作用是制约驱油效率的关键因素,应用复合驱应重点从降低油水界面张力和改变岩石润湿性2方面考虑克服毛管对原油的捕集束缚。     

低渗透储层微观渗流特征及影响因素分析—以鄂尔多斯盆地华庆油田长6储层为例

为研究鄂尔多斯盆地华庆油田长6储层微观渗流机理及驱油效率影响因素,此次研究采用真实砂岩模型水驱油实验,并结合铸体薄片、扫描电镜、恒速压汞及核磁共振等实验数据资料分析,结果表明:长6储层驱油效率整体较低,渗流特征有均匀驱替、网状-均匀驱替、指-网状驱替和指状驱替4种类型,驱油效率依次降低,研究区以网状-均匀驱替为主;储层物性、可动流体饱和度是表征驱油效率的主要参数;物性接近时,储层孔隙结构非均质性决定驱油效率高低;一定范围内,提高注入水倍数可以有效提高驱油效率;驱油效率随驱替速度增加而增加,驱替速度大于0.012 m L/min时,驱油效率基本稳定。     

岩石气水两相渗流的玻璃刻蚀驱替实验与有限元数值模拟对比

岩石微观可视化两相渗流特征研究对于油气田开发具有重要意义。分别采用微观可视化玻璃刻蚀驱替实验和有限元数值模拟对岩石中微观气水两相流体的动态渗流特征进行了研究,并将数值模拟结果与微观玻璃刻蚀驱替实验结果进行了对比验证。结果表明,有限元数值模拟结果与玻璃刻蚀驱替实验结果基本一致。气水两相流驱替实验过程中存在明显的指进现象;驱替结束后,分布在大孔喉和与大孔喉相连的孔隙中的水被驱替,未被驱替的水主要分布在小孔喉、小孔喉控制的大孔隙和孔隙盲端;单相渗流达到稳态后,流动通道中心的流体流速比入口处流体流速大,孔喉半径越大,压力降低越慢。微观玻璃刻蚀驱替实验方法能较好地观测微观指进现象和气体在通过狭窄喉道时的运移跳跃现象,而有限元数值模拟方法则具有成本低、易于操作、实验可重复性高等优点。微观玻璃刻蚀驱替实验与有限元数值模拟相结合研究气水两相渗流效果更佳。     

低频波强化泡沫微观驱油特征

为探究低频波激励下泡沫对水驱残余油的驱替特征，基于微观非均质模型，开展了低频波激励下泡沫驱油实验，剖析了低频波强化泡沫驱油的机理及效果。研究结果表明：低频波通过提高泡沫稳定性、形成局部压力扰动、降低壁面吸附力等作用提高泡沫波及系数和驱油效果，且低频波激励下泡沫驱微观驱油效率提高6.78%。与单一泡沫驱相比，低频波激励下泡沫驱替柱状残余油的方式是泡沫沿着孔隙壁面逐渐向孔隙另一侧通过“层层剥离—少量乳化—稳定运移”实现残余油的有效驱替，提高了原油脱离基质壁面及孔隙喉道的速度。对于盲端残余油，低频波激励下增加了泡沫在盲端入口处的扰动，改变了泡沫在盲端局部处的流动方向，为泡沫流入盲端创造了有利条件；对于连片残余油，低频波减缓了泡沫驱替过程中的突进现象，提高了泡沫在小孔隙中的有效波及和驱替效果。     

多孔介质中油膜驱替特性的实验模拟

利用现有的微观模型难以模拟和量化驱油剂对油膜类残余油的驱替特性,为此,建立一种研究多孔介质中油膜驱替特性的实验模拟系统,通过该系统开展了几种单一驱油体系和复合驱油体系对油膜的驱替实验,得到油膜驱替效率的量化结果。在相同的流动条件下,具有低界面张力、强乳化能力和改变壁面润湿性能力的表面活性剂与强碱复合驱油体系对油膜的驱替效率最高,为74.32%;具有低界面张力和较强乳化能力的表面活性剂溶液及其与弱碱或盐的复合驱油体系,对油膜的驱替效率为57.49%~71.98%;具有改变壁面湿润性能力的强碱和弱碱溶液,对油膜的驱替效率分别为56.09%和10.14%;质量分数为0.2%的Na Cl溶液3种驱油性能均不显著,对油膜的驱替效率最低。研究结果表明,降低界面张力、增强乳化能力和改变壁面润湿性有利于提高对油膜的驱替效率。     

阳离子型Gemini表面活性剂对固体表面润湿反转行为的研究

本文采用油/水/固三相接触角法研究了阳离子Gemini表面活性剂(GS12-2-12)分别改变亲油/亲水云母表面润湿性的能力,利用原子力显微镜考察了Gemini表面活性剂在亲油/亲水云母表面润湿反转前后的吸附形貌.实验结果表明,在GS12-2-12浓度为800mg/L时均能使亲油表面和亲水表面发生润湿性反转.原子力显微镜吸附形貌分析数据证明润湿反转的本质是Gemini表面活性剂在固体表面形成单层吸附的结果.对于亲水固液界面,Ca2+和Na+都能够使GS12-2-12改变固液界面润湿能力增强;而使亲油固液界面的润湿能力减弱.在Na+或Ca2+存在下,GS12-2-12溶液在亲油云母表面接触角均随pH值的增加而减小;而在亲水云母表面接触角随着pH值的增加而增加.图16表2参18     

致密油层空气泡沫驱油提高驱油效率实验研究

致密油层物性差,孔喉半径小,油藏非均质性严重,水驱驱油效率低,注水开发效果差。针对这些问题,为提高大庆外围龙虎泡油田高台子致密油层的驱油效率,模拟油层条件开展了空气-泡沫液体系驱油实验。结果表明,高台子致密油层水驱驱油效率平均值为48.95%,水驱后继续空气-泡沫液交替驱替的驱油效率为79.63%,驱油效率提高26.92%;小段塞交替驱替的效果好于大段塞驱;气液比过高,突破时间变短,驱油效率较低;用空气-泡沫液段塞驱代替水驱也能达到较好的驱油效果。致密油层水驱后转空气泡沫驱可大幅提高驱油效率,通过空气-泡沫液段塞、周期、气液比等注入参数的优化进一步改善致密油层驱油效果。图6表4参10     

驱替过程中重力舌进特征的核磁共振可视化实验

重力舌进是一种岩心驱替实验中常见的由于重力作用导致驱替剂沿岩心上缘或下缘突进的现象,其直接影响驱替剂的应用效果。由于在驱替过程中无法对岩心内部进行直接观察,因此对重力舌进现象没有直观的认识。利用油藏数值模拟方法模拟了重力对水驱油过程中流体流动形态的影响,并利用基于核磁共振成像技术的岩心驱替可视化实验方法研究了重力舌进产生的条件及影响因素,同时提出了一种获得产生重力舌进特征临界密度差的新方法。研究结果表明,驱替流体与被驱替流体的密度差是产生重力舌进现象最直接的原因;当实际的密度差大于临界密度差时,则产生显著的重力舌进现象;驱替介质的黏度和驱替流量对重力舌进特征的影响并不明显;在实际生产过程中,可以根据地层流体性质优选驱替液的密度,减少重力舌进对驱替效果的影响。     

砂岩模型两相驱替实验中油层润湿性的判断

在砂岩模型两相驱替实验过程中,判断油层润湿性应注意以下问题:(1) 应注意砂岩模型及实验流体的可靠性,充分考虑模型制作过程中各种因素及实验流体真实程度对润湿性的影响;(2) 应保证润湿性判断方法的正确性。在利用水驱油方式及水驱油之后的油、水分布状态判断岩石润湿性时,应综合其他方法进行判断;利用孔道中油水弯液面判断润湿性时,应同时观察大小孔道的弯液面,并防止润湿滞后的影响;在利用油水两相自吸量的比较判断润湿性时,应在孔隙空间内部流体状态相似下进行。