一种研究多孔介质中水气分散体系运移机制的仿真模拟新方法

水气分散体系可有效改变地层油渗流通道,抑制驱替流体的窜流,扩大水气分散体系在油层中的波及体积,提高剩余油的动用效果。由于难以直接观察多孔介质中水气分散体系的流动,因此对于水气分散体系在多孔介质中的运移机理研究较少。笔者提出一种研究水气分散体系在多孔介质中运移的仿真模拟新方法,基于水平集方法和气液两相流,使用多物理场耦合数值计算软件COMSOL Multiphysics 进行研究。对水气分散体系在孔喉中的贾敏效应、聚并和卡断机理进行了仿真研究,探讨了水气分散体系运移过程中孔喉压力的影响因素,分析分散相气泡聚并过程的形态变化,研究水气分散体系在孔喉中发生卡断现象的动态特征,结果表明数值模拟可以直观的体现水气分散体系在多孔介质中的运移机制。     

驱替压力梯度对相渗曲线影响的网络模拟

油水相对渗透率曲线是表征两相渗流能力的重要信息.利用计算机模拟,通过随机方式建立了由孔隙和喉道组成的三维网络模型.根据逾渗理论,通过对流体在模型中的流动研究,求取了在不同驱替压力梯度下的相对渗透率曲线,分析了驱替压力梯度对相渗曲线的影响.在此基础上,建立了反映相对渗透率随着含水饱和度及驱替压力梯度变化的三维曲面,最后分...     

基于Level set方法的微观水驱油模拟分析

通过引入Level set方法,构建两相界面运移数学表征方法,结合Navier-Stokes方程建立两相微观渗流数学模型,借助有限元方法进行求解,并利用微观玻璃刻蚀模型驱替实验验证数值模拟结果。结果表明,基于该渗流数学模型的数值模拟结果与实验结果的吻合度很高。利用Navier-Stokes方程并结合Level set方法实现了两相流体驱替的微观数值模拟,从而为研究微观两相渗流特征及驱油机理提供了一种新方法。在不等径并联喉道单元模型基础上,进行了不同驱替条件下的数值模拟计算,分析了发生孔隙尺度两相窜流的临界喉道直径比的变化特征,结果表明驱替压差及油水两相黏度比越大,越容易发生微观窜流,更易导致在较小喉道中形成微观残余油。本文研究结果为微观水驱油机理的进一步研究奠定了基础。     

毛细管压力技术：在石油勘探与开发地质中的应用

毛细管压力被认为是一种驱动液体通过孔隙喉道并驱替孔隙润湿液体的压力，随压力的增大，孔隙喉道变小。主岩内的孔隙喉道大小与分布控制着毛细管压力特性，反过来毛细管压力又控制着孔隙系统中的液体活动。     

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。     

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。     

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。     

安塞特低渗透油田见水后的水驱油机理及开发效果分析

应用真实砂岩微观模型水驱油实验对安塞长6特低渗透油层见水后的水驱油机理及特征观察分析认为:贾敏效应对见水后的水驱油效率影响突出,表现形式为注水阻力增大、注入压力升高。随注入压力的增加,注入水形成新的渗流通道后使原已形成的水流通道“锁死”;残留于孔隙喉道处的油滴受毛细管附加阻力影响只发生变形而难以运移。在储层孔隙结构非均质影响下,长6油层中流体的渗流仅作用在部分连通较好的大孔隙内,当注入0.5～0.8倍于孔隙体积的注入水后,油井均已见水。残留于水洗通道中的油滴在水动力作用下不断发生卡断-聚并-再卡断的过程为见水后驱油效率增加的方式之一。在裂缝发育带水驱油的形式主要取决于孔隙渗透率、裂缝渗透率以及驱替压力的大小。      

龙岗地区储层微观鲕粒模型气水两相渗流可视化实验及分析

为了研究气水两相渗流在鲕粒灰岩中形成封闭气和残余水的机理,选取以四川盆地龙岗地区储层铸体薄片为模板制作的激光刻蚀微观鲕粒模型,进行了气水两相驱替实验。实验过程用高清数码相机对气驱水和水驱气现象进行拍摄和记录。对实验现象的分析结果表明：对于鲕粒模型,水驱气时卡断、绕流是形成封闭气的主要原因,盲端和不连通的孔隙也会形成封闭气;在气驱水时,细长孔道、狭窄喉道处以及卡断都有可能形成残余水。这些现象及其机理分析对于以鲕粒灰岩为主的气藏开发具有一定的参考价值。     

多孔介质通道内非混相驱替过程的格子Boltzmann方法模拟北大核心CSCD

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。     

高含水油田微观水驱油机理实验研究

采用高含水油田储层岩样分析的孔隙结构特征,制作相对均质和条带非均质仿真微观模型,设计不同的注采系统,进行水驱油实验研究。实验表明模型的孔隙结构的分布特征和注采系统是影响油水运动规律的主要因素。高含水期水驱油微观驱油机理是:两端被水淹的孔道中的连续油在喉道处被卡断形成油滴被流动的注入水携带驱出;改变压力场的压力分布,使在水淹区内某些孔隙或孔隙群中的驱替压力差足以使其中的不动剩余油变成可动油被驱替采出。     

煤层气藏开发降压解吸气运移机理

气液两相流体流动与传质原理表明:浓度差驱动的扩散仅发生在单相流体中;气液易溶两相流体之间通过溶解进行扩散;气液不溶或微溶两相流体通过压差驱动渗流。据此认为基质孔隙解吸气应为压差驱动下的渗流,并不满足Fick定律。研究了降压解吸的气分子溶解、扩散、成核及成泡过程,对气泡和气柱进行了受力分析,建立了基质孔隙解吸形成的游离气进入割理及裂缝的非线性渗流模型。研究表明:煤基质孔隙中少量解吸气溶解扩散,而大部分成核及成泡,并在压差驱动下进入煤层割理及裂缝系统;考虑基质孔隙与割理压差时,基质孔隙压力下降较慢、传播距离较近,并会出现解吸气产出滞后现象;计算动态储量时需采用基质孔隙压力而非割理压力;注CO2提高煤层气采收率为驱替机理而非置换机理;提高煤层气采收率需优化开采压差而非地层压力越低越好。     

基于Level Set有限元方法的微观水驱油数值模拟

在微观水驱油实验的基础上,建立了二维微观孔隙模型;引入Level Set数学方法,结合N-S方程,建立了微观两相渗流数学模型,借助有限元方法,进行水驱油两相数值模拟,研究微观水驱油动态特征。研究了孔喉非均质性、润湿非均质性、油水两相黏度以及驱替压差对驱油效果的影响;通过对模拟结果中孔隙内流体的波及效率、两相界面的运移速度以及优势渗流通道的分析发现,Level Set方法能很好地处理各因素下油水两相界面的拓扑变化,为微观水驱油机理的研究提供了一种新的技术方法。     

聚驱稠油数字岩心模型建立及驱替规律分析

为更深入研究聚驱稠油的驱替规律,开展了稠油聚合物驱的微观机理研究。采用逾渗理论,基于计算机随机建模方法,建立了水驱数字岩心模型,并与岩心试验相渗拟合,验证模型的正确性。在此基础上,考虑聚合物的黏弹性、浓度的扩散、吸附、捕集以及稠油的非牛顿流体特性等,建立了聚驱稠油数字岩心模型,模拟了饱和油和聚合物驱稠油两种驱替过程并分析了驱替规律。研究结果表明:该数字岩心模型能够有效模拟聚合物驱稠油的微观机理,黏弹性聚合物驱采收率大于水驱和纯黏性聚合物驱,且随着松弛时间的增加,即弹性作用的增强,采收率提高;聚驱减少了剩余油孔隙个数,使得剩余油分布更加复杂、更加分散,提高了驱油效率。该项研究对于聚驱油藏高效开发具有一定的指导意义。     

应用CT扫描技术研究低渗透岩心水驱油机理

通过CT扫描技术在线获得不同时刻岩心内流体饱和度的沿程分布信息,探索了低渗透岩心水驱油机理,并讨论了驱替速度(毛管数)、束缚水存在状况和非均质性对微观孔隙介质中流体渗流分布特征及微观驱油机理的影响.实验结果表明,当驱替速度较高时,含水饱和度增量沿程分布呈现对流式的直进形态,此时微观驱油机理以活塞式推进为主;当驱替速度较低时,毛管压力开始起作用,使含水饱和度增量沿程分布范围拓宽,在很小的注入孔隙体积倍数下出口端即会见水,此时微观驱油机理以卡断或爬行为主.另外,与无束缚水时相比,束缚水的存在使得含水饱和度增量沿程分布推进前缘变得更加平缓,这是因为预先存在于小孔隙中的水很容易被注入水补充聚集,在含水饱和度增量沿程分布推进前缘到达前有充足的时间形成稳定的隔断阻塞孔喉,因此束缚水的存在促进了卡断现象的发生.在强非均质性岩心中,含水饱和度增量沿程分布前缘的推进更加分散、均匀,这是因为孔隙介质的微观非均质性使得驱替产生的毛管阻力具有较大差异,使得指进和绕流成为主要的微观驱油机理.     

致密砂岩气藏气水流动规律及储层干化作用机理

致密砂岩气藏储层渗透率低，在地面条件下开展真实岩心的驱替流动实验很困难，因而无法研究其微观流动机理。为此，基于格子Boltzmann方法（以下简称LBM），模拟地层高温高压条件下致密气驱替地层水的流动过程，得到了地层中束缚水的分布状况；然后采用激光刻蚀模型，进行储层干化实验，并借鉴该实验的可视化结果对储层干化数值模拟进行简化；在此基础上利用数值模拟手段研究储层干化对致密气渗流能力的影响。研究结果表明：①所采用的格子Boltzmann模型在地层高温高压条件下满足Laplace定律，由该模型计算得到的两相Poiseuille流速度数值解与解析解结果基本一致，表明该模型可以用于地层条件下气水非混相驱替的模拟；②致密气在多孔介质连通的大孔道中优先突破，并且在突破后驱替地层水的速度显著下降；③地层水与岩石壁面的接触角显著影响气水两相流动，岩石亲水性越强驱替速度越慢；④致密砂岩气藏中束缚水可分为吸附水膜、盲端孔隙水、死孔隙水和卡断水4类，在多孔介质中大量连通的微小通道被卡断水和吸附水膜占据，存在着明显的“水锁”现象，严重影响致密气在储层多孔介质中的渗流能力；⑤干化剂可与束缚水反应并且产生大量气泡，将吸附水膜、卡断水和盲端孔隙水消耗掉，从而提高气体的渗流能力；⑥对于由卡断水形成的“水锁”区域，增大干化强度可以有效改善气体渗流能力，整体上随着干化强度的增大，致密气渗透率也增大，但干化强度超过一定的限度后，致密气渗透率的增幅逐渐减小。     

基于格子Boltzmann方法的油水两相流动规律

文中采用随机生长四参数生成法,对储层岩石的二维微观孔隙结构进行了重构。基于格子Boltzmann方法,从孔隙尺度模拟了多孔介质中的油水两相流动,对不同驱替时刻多孔介质内流体分布进行了模拟,得到了油水两相相对渗透率曲线和油水压汞曲线,并分析了π准数(界面张力与压力梯度比值)对油水两相流动的影响。研究结果表明:润湿相(水相)沿着大孔道的中轴部位驱替非润湿相(原油),在小孔道残余部分原油,而随着水驱过程的继续进行,小孔道中的油也逐渐被驱替出来;随着含水饱和度的增加,油相相对渗透率逐渐下降,水相相对渗透率逐渐增加。当π准数减小时,油水两相相对渗透率值均增大,其中油相相对渗透率值增大幅度较水相相对渗透率值增大幅度更大,可通过提高驱动压力梯度或者降低界面张力提高采收率。     

孔隙结构参数对聚合物驱采收率的影响——应用三维孔隙网络模型

通过给出网络维数、喉道半径、孔隙半径、孔喉比、配位数和孔喉的分布规律以及网络模型的其它性质参数建立三维孔隙网络模型,模拟了水驱和聚合物驱的驱替过程,计算得到了水驱和聚合物驱相对渗透率曲线,与实验测得相对渗透率曲线基本一致;进而模拟计算了水驱和聚合物驱采收率以及聚合物驱提高采收率;研究了喉道半径、孔喉比、配位数和形状因子等孔隙结构参数对水驱采收率和聚合物驱提高采收率的影响.得出:水驱采收率随喉道半径、配位数和形状因子的增大而增大,随孔喉比的增大而减小;在模型参数设计范围内,当喉道半径在5～22μm、孔喉比在1.6～3、形状因子大于0.023、配位数大于3.5时,聚合物驱提高采收率值较高,说明在此孔隙结果参数范围内,有利于聚合物驱油.     

鄂尔多斯盆地安塞油田长6储层微观孔隙结构

利用铸体薄片、扫描电镜、恒速压汞、核磁共振、真实砂岩微观驱替实验等测试手段,对安塞油田长6特低渗透储层微观孔隙结构、可动流体饱和度特征进行了研究。结果表明:粒间孔对可动流体饱和度具有较大的贡献,溶蚀孔不利于可动流体的赋存,喉道大小、孔喉比、分选系数对可动流体饱和度影响大,而储层物性、面孔率、孔隙半径的影响微乎其微。利用真实砂岩微观驱替型实验得到:不同物性样品的驱替类型及驱油效率存在明显差异。渗透率大于1.0×10-3μm2的样品,孔隙类型为溶孔-粒间孔型,驱替类型为网状-均匀驱替,最终驱油效率为69.3%;渗透率0.5×10-3~1.0×10-3μm2的样品,孔隙类型为粒间孔-溶孔型,驱替类型为指状-网状驱替,最终驱油效率为43.8%;渗透率小于0.5×10-3μm2的样品,孔隙类型为微孔-溶孔型,驱替类型为指状驱替,最终驱油效率为32.9%。     

苏里格气田东部盒8 储层微观孔隙结构及可动流体饱和度影响因素

鄂尔多斯盆地苏里格气田东部盒8储层微观孔隙结构复杂、渗流规律研究相对薄弱,利用常规方法难以对储层品质进行合理评价。为此,综合利用铸体薄片、扫描电镜、恒速压汞、核磁共振及真实砂岩微观水驱油模型对苏里格气田东部盒8储层微观孔隙结构与可动流体饱和度的影响因素进行研究。结果表明,研究区孔隙组合类型以残余粒间孔-晶间孔型、晶间孔-岩屑溶孔型和微裂缝-微孔型为主,其发育程度及储层物性依次变差,储层渗流能力、驱油效率、矿场采收率及可动流体饱和度依次降低,相应的驱替类型由网状-均匀驱替转变为指状驱替。核磁共振数据表明,研究区盒8储层可动流体饱和度平均为39.16%,以Ⅱ类、Ⅲ类及Ⅳ类储层为主。可动流体饱和度与孔隙度、渗透率、残余粒间孔面孔率、喉道半径平均值、有效孔隙体积和喉道体积呈正相关,而与孔喉半径比呈负相关。