低渗透介质启动压力梯度的介观机理研究

对于具有孔隙结构和微尺度效应的低渗透储层,其渗流现象的介观机理逐渐受到人们的重视。本文采用微流控技术在硅片上加工出微通道作为微观模型,模拟岩心内部的孔隙结构,对微通道中单相和油水两相的渗流规律进行了实验研究。研究结果表明,微观模型中带有喉道段的微通道存在启动压力梯度,这揭示了孔隙中的喉道是低渗透储层中产生启动压力梯度的主要介观因素。启动压力与孔隙结构和驱替介质的性质有关,在此基础上建立了适用于单相和油水两相渗流的启动压力预测模型。     

基于相场方法的孔隙尺度油水两相流体流动模拟

基于真实岩心颗粒粒径分布，利用过程法构建疏松砂岩油藏的三维孔隙结构模型，利用相场方法建立两相流体流动数学模型并利用有限元方法进行求解，研究驱替速度、流体性质、润湿性对剩余油分布以及采出程度的影响.结果表明：驱替速度的增大和油水粘度比的减小会导致较大的毛管数，进而有利于采出程度的提高；就润湿性而言，水湿条件下毛管力是水驱油的动力，而在油湿条件下是阻力，因此水湿岩心采出程度更高.同时，从孔隙尺度对油水渗流机理及剩余油分布机理进行揭示，结果表明：由于多孔介质的复杂孔隙结构，流体在流经不同孔隙时呈现不同的流动特征，进而对油水两相流整体的压力分布、流速分布造成重要影响.     

随机多孔介质的蒙特卡罗重构与渗流特性模拟

根据多孔介质微观结构的分形尺度标度特征,采用蒙特卡罗方法分别重构随机多孔介质的微观颗粒和孔隙结构,并基于分形毛管束模型研究多尺度多孔介质的气体渗流特性,建立多孔介质微观结构和宏观渗流特性的定量关系。结果表明：分形蒙特卡罗重构的多孔介质微细结构接近真实介质结构,气体渗流特性的计算结果与格子玻尔兹曼模拟数据较为吻合; 多孔介质气体渗透率随着克努森数的增加而增大,孔隙分形维数对于气体渗流的微尺度效应具有显著影响,而迂曲度分形维数对于表观渗透率和固有渗透率的比值影响可以忽略。提出的分形蒙特卡罗方法具有收敛速度快且计算误差与维数无关的优点,有利于深入理解多尺度多孔介质的渗流机理。     

矩形微槽道纳米流体沸腾传热压降特性研究

为研究纳米流体微尺度沸腾传热流阻及压降特性,文中以体积浓度为0.2%的水基Al2O3纳米流体为试验工质,在尺寸为0.6mm×2mm矩形微槽道中进行沸腾传热实验,建立实验模型,分析纳米流体沸腾传热两相摩擦乘子的影响因素及进出口压降组成,并将本实验的两相摩擦压降值与现有理论模型及参数修正后理论模型预测值进行比较。结果显示,在本实验给定的条件下,实验段两相流压降中88.6%为两相摩擦压降。与L-M模型相比,M-H修正模型和Z-M修正模型都能较好地预测实验结果。其中经M-H修正模型能更好地预测本实验的实验值,使得平均误差减小为21.2%,大大降低了原L-M模型的误差。     

超声衰减法测量油水分散流中颗粒粒度分布

针对油水分散流的颗粒粒度测量问题,提出一种基于多频率下超声衰减作用的测量方法。根据多相流体中超声衰减的BLBL模型,推导出超声衰减系数与颗粒粒度分布存在的数学表达关系。通过多频率条件下所获得的超声衰减系数进行联合比较分析,求解被测流体中颗粒粒度分布.通过对含油率低于30%的5个样本中4种颗粒粒度分布的油水分散流进行数值模拟仿真实验,得到颗粒粒度占比分布的测量结果,并对结果进行分析,得到BLBL模型在毫米尺度油相颗粒作为离散相的油水分散流中的适用条件和范围。     

微纳孔隙材料渗透率的瞬态实验研究

介绍了一种自行设计的微纳孔隙材料的气体渗透过程瞬态实验测量装置,提出了一种测量微纳孔隙材料渗透率的方法,基于达西定律导出了材料渗透率的计算公式。以某种具有微纳孔隙的二氧化硅气凝胶材料为对象,进行了气体渗透过程瞬态实验测量,获得了渗透实验腔内的气体压力变化曲线。并以实验测量数据为依据,考虑滑动渗透效应对测量结果进行Klinkenberg修正,进一步得到了该材料的固有渗透率。结果表明,该实验装置能够实现低渗透性微纳孔隙材料的渗透率测量,所测二氧化硅气凝胶材料样品的渗透率为(4.1±0.1)×10~(-16)m~2。该实验结果为该类材料的热质扩散性能分析提供了基础物性数据。     

气体动理学格式模拟多孔介质流动的可行性

将气体动理学格式（GKS）拓展到模拟多孔介质内的低速渗流,并检验在孔隙尺度上模拟不可压缩低速流动的可行性与有效性.结果表明：GKS具有二阶空间精度,能够较精确地计算多孔介质的渗透率;相比于单松弛格子玻尔兹曼方法,GKS能够精确实现壁面无滑移边界条件,从而正确反映渗透率与黏性无关的特性;对于Berea砂岩切片结构中的复杂流动,模拟结果与实验吻合较好,能较精确地计算渗透率.给出GKS模拟达西渗流的马赫数选取准则,为研究多孔介质流动提供新的工具.     

特低渗透油藏面积井网见水时间计算

特低渗透油藏在水驱开发过程中常表现出渗透率各向异性和流体非达西渗流特征,运用非达西渗流公式及流线积分法,得到特低渗透油藏五点井网、反九点井网和菱形反九点井网在油水两相非活塞式驱替条件下的油井见水时间.计算长庆鄂尔多斯盆地某特低渗透油藏井网见水时间,结果与实际动态符合较好.分析油水黏度比、渗透率各向异性及启动压力梯度对油井见水时间的影响,结果表明：油水黏度比越大,油井的见水时间越早;当菱形反九点井网长轴方向井距与短轴方向井距之比与渗透率各向异性强度大致相等时,长轴方向与短轴方向上的角井能实现均衡驱替;启动压力梯度延缓了油井的见水时间,且生产井距越大,启动压力梯度的影响越显著.     

多孔介质渗透率的NMR测定

介绍了利用NMR T₂ 弛豫数据求取岩心物性参数--渗透率的方法. 国外学者在分析了大量数据的基础上,建立了3种由T₂ 弛豫数据计算渗透率的模型,分别简称为SDR,Coates-cutoff和Coates-sbvi. 其中SDR模型不受束缚水计算方法的影响,但对岩心孔隙中流体的性质很灵敏,比较适合于水基泥浆地层. coates-cutoff和Coates-sbvi模型对束缚水的计算精度很敏感,可动和不可动流体孔隙体积的测定对渗透率的计算结果影响也很大. 此外,这三种模型对于低渗透率岩石的计算误差都较大. 通过对不同类型岩心的T₂ 弛豫特性和用常规方法测得的渗透率进行系统分析,在SDR模型的基础上所建立的渗透率测定方法（SDR-REV）有三个可调整参数,计算渗透率适用范围更大,计算的结果与常规实验值更接近. 把SDR-REV方法用于砂岩、砾岩、凝灰岩和火成岩四类岩心样品渗透率的测定,说明SDR-REV方法具有更普遍的适用性. 特别是对于中国普遍存在的低渗透岩心,测定结果更为准确.     

流体-孔隙介质圆柱界面波传播特性

研究流体-孔隙介质圆柱界面波传播特性,分析孔隙介质孔隙率等参数对频散曲线的影响。理论上建立了无限大流体包裹孔隙介质圆柱界面波的模型,利用孔隙介质弹性波动理论,通过数值模拟计算得到流体-孔隙介质圆柱的频散曲线及时域波形,并分析了孔隙介质为开孔和闭孔状态下孔隙介质圆柱半径、孔隙率及渗透率对频散曲线的影响。结果表明,时域上斯通利波可以被明显区分开,孔隙介质圆柱半径的变化改变了圆柱尺度,孔隙率的变化改变了孔隙介质的纵、横波波速,因此对于斯通利波频散曲线的影响较大。而渗透率的变化既不改变圆柱的尺度也不改变孔隙层的纵、横波速度,因此对斯通利波频散曲线影响较小。      

有气流扰动下管流油水混合物粘度实验测量与计算模型

采用局部即时取样方法对水平管内油气水三相流动情况下各种混合比例的复杂混合物的流动粘度进行了实验研究,实验工质采用46号机械油、自来水和空气。以实验数据为基础提出了考虑流动参数变化影响的反相点预测关联式。考虑到管内油水两相的混合发展过程,以局部即时取样的实验数据为基础,提出了一个气流扰动下管内流动条件下油水混合物粘度的预测关系式,该模型考虑了油水两相本身的物性以及流动因素的影响。指出考虑流动参数影响的粘度预测模型能大大提高油气水三相流动情况下油水混合物实测粘度的预测精度。     

水平管内油水两相流流型及其转换规律研究

本文对水平放置圆管内的油水液液两相流的流型及其转变特性进行了实验研究,定义了不同流动条件下油水两相流的流型,并由实验所得数据给出了水平圆管内油水液液两相流的流型图。进而讨论了各流型之间的转变机理,并考察了影响流型的因素。采用无量纲准则数以及半理论公式对流型转变进行了预测,结果与实验数据基本吻合。并与他人的实验数据也进行了比较。     

油水两相分散流的相界面浓度输运方程研究

通过对连续相湍流导致的油滴聚合和破裂现象的合理模化,本文建立了适用于垂直上升管油水两相分散流的相界面浓度输运方程.其中对连续相湍流驱动油滴随机碰撞引起的聚合现象模化时,考虑了两油滴间连续相液膜排出过程中的凹面膜效应.而在描述油滴与湍流涡随机碰撞导致的破裂现象时,考虑了破裂过程所产生油滴的大小不等的因素.利用所建立的相界面浓度输运方程对沿实验段轴向的相界面浓度变化进行了预测,结果与实验数据比较表明吻合很好.     

Experiment and simulation study on construction of a three-dimensional network model

The construction of a network model is one of the key techniques in organic combination of microscopic flow experiment and simulation. The construction method of a three-dimensional network model is presented on the basis of CT scanning images in this paper. A series of CT slice images describing microscopic pore structure and fluid distribution of actual rock is obtained with the help of the industrial microfocus CT system. Based on the extraction of pore space skeleton, pore and throat information, the corresponding network model is established, and the conversion from three-dimensional CT image information to pore-throat size distribution and topological information is also achieved. The feature of this method lies in the fact that complicated pore space of rock may be characterized by pores and throats with a simple shape while keeping the geometry and flow characteristics. It is indicated that the calculated results of porosity, permeability, relative permeability curve and microscopic remaining oil distribution match very well the experimental results of water flooding and polymer flooding. This network model may fairly well characterize the rock microscopic pore-throat size and topological characteristics. Supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 10302021 and 10772200)     

基于荧光光谱的轻质油乳化物油水比估测研究

海面溢油在其风化迁移过程中,会形成不同溢油乳化物,对海洋环境造成极大危害。科学量化溢油乳化物,有助于溢油污染应急处理和灾损评估。已有对溢油乳化物展开的研究由于缺乏系统的实验数据、理化与光学参数,尚不清楚不同类型油水乳化物的精细光谱响应特征与变化规律,无法给出不同类型溢油乳化物光谱与海水表层油水比的数据关系。通过轻质油乳化物的室内实验,采用激光诱导荧光技术手段,从不同类型,不同表层油水比的溢油乳化物荧光光谱响应差异和变化规律入手,以乳化柴油相关数据作建模样本,乳化煤油相关数据作验证样本,开展统计分析,并分别设计了油包水、水包油两种类型下的表层油水比估测模型。数据处理过程中,为了消除LIF系统本身对接收到的荧光信号强度的影响,利用水的拉曼散射信号对乳化液的荧光信号进行归一化处理,将两者的比值作为后续的分析数据。具体数据研究表明：油包水型乳化溢油的荧光峰值对数和表层含水率对数之间可建立非线性回归模型;水包油型乳化溢油的荧光峰值和表层含水率之间也可建立非线性回归模型。非线性拟合相关系数均在0.9以上,即模型具有较高质量,且模型中的实际系数依赖于不同油种,不同的特征荧光峰。由此可见,不同乳化油种的不同特征荧光峰与表层油水比之间虽具有相同的变化趋势,但变化的程度有所不同。在此基础上,采用参数查找表的方式,建立了轻质油乳化物油水比的估测方法,可根据荧光相对强度最后反演得到表层油水比。该方法在一定程度上可对海面轻质油乳化物实现有效量化,为将来海面溢油乳化物更加实时准确的定量分析提供理论基础和依据, 也为海面溢油污染应急处理提供技术参考,因此具有重要研究意义和实用价值。     

Model of the unsteady two-phase three-component filtration of the oil–water–supercritical fluid system in a homogeneous porous medium

A mathematical model of the two-phase three-component filtration of the oil–water–supercritical fluid system in a porous medium is developed. The results of numerical simulations of the three-component two-phase filtration during oil displacement by supercritical CO₂ from a watered stratum are reported. In the region of oil displacement from watered stratum, there is a significant discrepancy between the experimental and simulation results because of the transient mode of filtration associated with the concurrent saturation of the oil and water with supercritical CO₂ under high pressure. In the region of two-phase filtration of the oil–water system and in the region of pumping of three or more pore volumes of supercritical CO₂, the deviation of the simulation results from the experimental data does not exceed 10%.     

垂直管内油水两相流局部相分布特性实验研究

应用双头电导探针测量系统,对垂直上升管内油水两相分散流局部相分布特性进行了系统测量。得到了油水两相分散流的局部含油率分布类型图。研究结果表明低折算水速和低折算油速条件下,局部含油率在实验段截面上呈抛物线型局部分布特征,局部最大值出现在实验段中心区域。随折算油速增大,油滴受到横向力如升力的作用,逐渐向实验段壁面区域迁移,形成局部含油率的壁面峰值分布特性。当折算水速大于0．8 m／s时,局部含油率在实验段截面上呈均匀分布。     

水平管油水两相流摩擦阻力特性实验研究

本文对水平管内油水液液两相流的摩擦阻力压降特性进行了实验研究。水平管实验段由有机玻璃管制成,内径为40mm。根据油水两相流流型的不同,通过建立物理模型或对实验数据的整理得到了各种典型流型下的摩擦阻力压降计算式。揭示了摩擦阻力压降随混合物速度和体积含水率等的变化规律。