黏弹性聚合物驱驱替动态与不同注入参数分析

基于质量守恒定律,建立三相五组分考虑聚合物弹性增黏、降低残余油和稠油黏弹性效应的聚合物驱数学模型,并采用IMPES方法进行求解.计算分析表明,黏弹性聚合物驱可降低残余油饱和度,增加驱油体系黏度,提高原油采收率;采收率随注入浓度增大先迅速增加后趋于稳定,最优值为2 000 mg·L^-1;随注入速度先增加后降低,存在最优值;随聚合物段塞增大先迅速增加后缓慢增加并趋于稳定,最佳注入量约为0.6 PV;随原油松弛时间增加呈线性增加.     

应用核磁共振进行聚驱后泡沫驱油特性研究

采用并联岩心进行聚驱后泡沫驱油实验,利用核磁共振技术,对驱替后岩心的不同直径孔隙内的流体分布进行了研究,得到了水驱、聚合物驱、泡沫驱替阶段的驱出油的孔径范围以及剩余油分布.实验结果表明,与水驱和聚合物驱相比,泡沫驱增大了波及的孔径的范围.泡沫可以在水驱和聚驱易发生窜流的大孔径通道形成封堵,从而波及到了水驱和聚驱未波及到的孔径,不但大幅度的提高了低渗岩心的采收率,也驱出了部分高渗岩心的小孔径的油.     

聚合物强化泡沫驱数学模型及其应用

基于泡沫组分物质守恒原理,考虑泡沫生成、破灭、运移现象,建立聚合物强化泡沫驱渗流的多组分数学模型,有效反映油相消泡和聚合物稳泡作用机理,采用自适应隐式方法进行求解.通过拟合泡沫驱替实验结果,验证数学模型的有效性.对某油区泡沫先导试验区进行跟踪数值模拟,分析泡沫驱渗流特征,结果表明,强化泡沫体系能够在地层稳定存在,并不断向生产井推进,从而大幅度提高原油采收率.     

考虑扩散和吸附作用的聚合物驱替过程渗流数值模拟

采用显式求解饱和度、隐式求解浓度的思路,对考虑扩散和吸附作用的聚合物驱替过程渗流模型进行了数值求解.饱和度方程求解应用了显式全变差递减(TVD)法;浓度方程求解过程中,空间项离散采用Crank Nicolson差分格式,时间项变量进行拟线性处理,保证了计算的稳定性.通过与解析解对比,验证了该方法的有效性.计算实例分析表明,扩散使聚合物在溶液中稀释,导致浓度传播分散;吸附使聚合物损耗,导致浓度传播滞后.同时,计算结果直观反映了聚合物驱重要的"油墙"形成机理.在段塞注入情况下,原油富集区在出口端的突破是介于聚合物浓度前缘突破和聚合物浓度峰值突破之间.     

水驱油过程的核磁共振二维谱研究

岩心水驱油过程中油水分布状况是岩心多孔介质的重要性质. 水驱油过程的研究是进一步进行提高采收率研究的基础. 核磁共振扩散-弛豫二维谱提供了岩心中流体性质的多方面信息,与核磁共振一维弛豫谱相比极大地提高了区分油水的能力. 该文通过2组岩心水驱油实验,从不同含油饱和度的扩散-弛豫二维谱中提取出水的一维弛豫谱,在原油粘度比较高的情况下获得了驱替过程中油水在不同孔隙中的分布状况以及润湿性等信息, 解决了单独用一维弛豫谱方法难以区分油水的问题. 该文的研究方法对油田提高采收率的研究有比较大的参考价值.     

超临界水驱超稠油提高采收率热物理特性研究

超稠油资源的高效开发对于提高石油供给和保障我国石油安全意义重大。针对深层超稠油资源由于原始地层压力高、原油黏度大导致常规蒸汽驱无法有效开发的问题,本文提出超临界水驱开发深层超稠油的新思路。本文首先研制了超临界水驱油提高采收率实验平台,研发的管式填砂岩心模型能够模拟岩心升温和驱替的同步过程,然后开展了超临界水驱、蒸汽驱和热水驱对比实验研究,实验结果表明,相对于蒸汽驱,超临界水驱能显著提高采收率并具有更高的热效率,25MPa、400℃超临界水驱鲁克沁超稠油的采收率达到97.07%;获得了超临界水驱过程的温度场和驱替压差变化规律,发现了超临界水超覆现象,与蒸汽超覆相比,超临界水超覆发生晚且持续短,可扩大波及范围,提高采收率。     

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.     

基于水平集方法的低渗砂岩数字岩心气水两相渗流模拟

低渗致密砂岩气藏孔喉结构复杂,气水流动及分布规律表征难,常规岩心实验精细刻画困难。基于真实低渗砂岩岩心,利用Micro-CT扫描技术构建储层三维数字岩心,提取连通孔隙结构并建立非结构化四面体网格模型。结合水平集法与N-S方程,建立气水两相流数学模型并利用有限元方法进行求解,研究低渗砂岩气水两相流动中的水驱气过程、残余气分布特征、岩石润湿性对两相流的影响以及并联通道中的窜流特征。结果表明：利用水平集方法能清晰地观察到气水两相分布特征与驱替前缘的运移规律;岩石润湿性对两相流过程影响较大,水湿条件下采出程度更高;并联通道中的窜流现象明显,大通道中水相优先突破并形成优势流动通道,狭小通道中的流动受毛管现象影响,存在较大的附加阻力。     

基于VOF方法的水驱油藏孔隙尺度剩余油分布状态研究

准确认识多孔介质内水驱剩余油的微观赋存状态对于改善高含水油田水驱开发效果,提高水驱采收率具有重要意义。在对Volume of Fluid (VOF)方法验证的基础上,充分利用其追踪两相界面动态变化、再现微观渗流物理过程的优势,开展特高含水期砂岩油藏物性条件、驱替方式对剩余油微观赋存特征和采收率的影响研究。通过分析典型孔隙结构的微观渗流特征和剩余油受力情况,揭示不同类型微观剩余油的动用机制和规律：水湿条件下驱替速度的增大和驱替方向的改变会使得微观剩余油分布较为分散且采收率得到不同程度的提高;油湿及高黏度比条件下毛管阻力、黏滞力较大,剩余油多以簇状和多孔状聚集分布,采出程度相对较低。     

多孔介质中非等温互溶流体驱替过程的格子Boltzmann研究

利用格子Boltzmann方法,在孔隙尺度上对多孔介质内非等温混溶驱替过程进行数值研究,定量分析温度粘性膨胀系数（β_T）以及路易斯数（Le）对界面不稳定性和驱替效率的影响.结果表明：随着β_T的增大,界面不稳定性增强,驱替效率降低.当β_T>0时,随着Le的增大,界面不稳定性减弱,驱替流体与被驱替流体之间的界面趋于平缓,指尖残余率减小,驱替效率增大.当β_T<0时,Le对于驱替效率的影响相反.     

油藏多孔介质湿饱和流动的热流耦合分析

建立了蒸汽驱热水驱替部分湿饱和流动热流耦合的物理模型,在其基础上得到包括温度方程、压力方程、饱和度方程、渗流速度方程等在内的数学模型,采用全隐式中心差分方法,得到温度场、压力场等的迭代公式,对某应用示例的数值模拟说明了其过程的热流耦合机制,并指出应对油藏实施有效的加热降黏措施,可同时提高原油采收率和采油速率.     

页岩气在粗糙纳米孔中吸附和输运的分子模拟

从微观上理解固气表面的吸附和注气驱替原理,有助于完善页岩气开采理论.本文通过运用蒙特卡洛和分子动力学方法,模拟了甲烷在粗糙壁面结构孔隙中的吸附和流动行为.研究结果显示粗糙结构对甲烷的吸附量有显著影响,压力小于20 MPa时,粗糙模型中的吸附量更大.注气驱替时,粗糙模型中二氧化碳的突破时间和甲烷的采收率,相比光滑壁面模型明显增加.这是由于粗糙结构模型的页岩壁面表面积更大,在低压下气体吸附能力更强.矩形粗糙结构页岩模型的选择吸附性强于三角粗糙结构模型和光滑模型.研究阐明了甲烷吸附和驱替的微观机理,为提高页岩气采收率提供了指导.     

纳米颗粒水基分散液在岩心微通道中的双重减阻机制及其实验验证

提出了纳米颗粒水基分散液的力学-化学双重减阻机制,并通过对比岩心切片吸附纳米颗粒前后以及冲刷前后的表面微结构、润湿性的变化,进行了实验验证. 研究结果表明,经纳米颗粒水基分散液处理之后的岩心切片表面表现为强亲水性, 并且存在一层致密的纳米颗粒吸附层;冲刷之后岩心切片表面的纳米颗粒吸附层依然存在, 但其表面已逐渐转变为强/超疏水性,反映了纳米颗粒吸附层表面的表面活性剂被逐渐清洗干净. 注水初期,主要表现为表面活性剂的化学减阻作用.随着注水过程的进行, 主要体现为以疏水表面的滑移效应为主的力学减阻机制.岩心驱替实验结果表明, 纳米颗粒水基分散液驱替后的岩心的水相渗透率平均提高幅度达84.3%, 减阻效果显著,证实了纳米颗粒水基分散液的力学-化学双重减阻机制.     

多孔介质非等温渗流的(火用)传递分析研究

在求解非等温单相渗流的温度场、压力场基础上,以压(火用)为统一特征项,对电加热热驱模拟过程的驱动功、驱动功率、驱动阻力、驱油速率及其相互关系作了初步分析,揭示了热采过程非等温渗流的驱替机理:通过改变温度场、减小驱动(火用)阻力,以增强驱动效果、提高采收率.     

CO_2-油-水体系的相平衡特性研究

CO_2驱油技术在提高原油采收率及温室气体地质埋存方面具有广阔的应用前景,因此准确预测油藏环境条件CO_2-油-水混合体系的相平衡特性成为目前重要的研究课题。本文基于P-R EOS和Rachford-Rice闪蒸公式,对CO_2-油-水体系在不同油组分、不同混合比例及不同压力下的相平衡特性进行了计算分析。结果表明,在相同压力下,碳原子数较小的油组分在气相中含量较大;体系内较高的CO_2含量更利于油组分的气化。CO_2-油-水体系的气相黏度随压力增大而增加,油组分的碳原子数越小,其气相黏度值越小,且受系统压力影响越大。CO_2-油-水体系的液相黏度随系统压力增大而逐渐减小,碳原子数较大的油组分对应着较高的液相黏度,且受压力影响更加明显,结果表明CO_2具有明显的液相降黏效果。     

多孔介质内泡沫渗流过程入口效应的数值研究

本文利用随机泡沫数目守恒模型对均质多孔介质内泡沫液渗流过程的入口效应进行了数值研究。随机泡沫数目守恒模型仅利用两个参数:泡沫生成速率Kg与最大泡沫个数n_∞,来描述多孔介质内非稳态驱替过程中泡沫的生成和发展。采用IMPES方法对二维介质内泡沫两相渗流过程的控制方程组进行求解,基于驱替过程中液相压力、液相饱和度及气泡密度分布等参数的分析,对泡沫驱替过程的入口效应进行了详细研究。结果发现,增大泡沫生成速率Kg,泡沫渗流过程的入口效应减小;而增大参数n_∞,虽可提高驱替压差,但对多孔介质入口段各参数的分布规律影响不大。     

凹槽基底上含不溶性活性剂液膜的流动特性

针对凹槽基底上含不溶性活性剂液膜的流动过程,采用润滑理论建立液膜厚度和浓度演化模型,通过数值模拟得到液膜的流动特性及相关参数的影响规律.研究表明:含不溶性活性剂液膜在凹槽基底上流动时,重力和活性剂浓度梯度引起的Marangoni力对液膜的流动起促进作用,表面活性剂通过引起表层液体流动进而牵引内部液体运动,但其作用力相对重力较弱,重力起主导作用;与基底尺寸有关的粘性力则起阻碍作用;提高邦德数G和减小毛细力数C具有减弱液膜变形的作用;增大凹槽高度或减小凹槽斜度,均使Marangoni力增加,促使液膜变形加大.     

叶顶开槽平面叶栅变几何性能研究

变几何涡轮间隙流动损失约占涡轮流动损失的1/3,如何采用有效的控制方法改善端区泄漏流动显得格外有意义。本文应用数值计算方法和标准k-ω两方程湍流模型,研究了叶顶开槽对变几何平面叶栅间隙泄漏的控制及损失机理,并在此基础上对五种不同安装角下叶栅总体参数和端区流动形态对比,计算结果显示:叶顶开槽处理会增大端区泄漏流动阻力,从而对端区泄漏流动具有较为明显的抑制作用;在可转导叶由负角度向正角度旋转时,泄漏量逐渐减小,总压恢复系数逐渐增大。     

基于数值反演的相对渗透率数据处理方法研究

本文针对一维非稳态岩心驱替过程,利用多孔介质多相流动数值反演算法,提出了对一维非稳态驱替实验进行数据处理的方法。利用该方法,可以在毛细数适中的情况下同时求得毛细压力曲线与相对渗透率曲线,简化了驱替实验的复杂程度;比较了反演方法与JBN方法的准确性与适用性,结果表明在对半经验公式的形式推测合理的前提下,反演方法具有更大的适用范围和更好的准确性。该数据处理方法扩展了非稳态相对渗透率测试的适用范围,避免了JBN方法带来的大毛细数限制。     

~(32)S离子辐照PET薄膜制备亚微米孔径核孔膜研究

使用中国原子能科学研究院HI-13串列加速器产生的32S离子轰击BOPET薄膜,薄膜在空气中陈化3个月后在专用装置中使用Na OH溶液蚀刻制备核孔膜,研究Na OH溶液浓度、蚀刻温度对微孔孔形的影响。在不同温度和蚀刻液浓度条件下,蚀刻出微孔孔径为0.2至0.93μm的亚微米核孔膜,计算其微孔锥角,得出微孔锥角随着蚀刻温度、蚀刻液浓度和微孔孔径的变化趋势。研究表明,采用低浓度、高温度的Na OH溶液蚀刻有利于减小微孔锥角,有利于制备较小孔径的核孔膜。如选用0.5mol/L的Na OH溶液浓度,在蚀刻温度为90℃的条件下蚀刻,此时蚀刻时间小于2 h,既可以得到高质量微孔膜也有利于提高生产效率。