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低渗透砂岩油层微流动机理研究

杜新龙  
【摘要】:低渗透油层具有孔喉细小,孔隙结构复杂,比表面大,粘土矿物类型丰富等特点,这些特点致使流体在低渗透储层中流动会产生强烈的微流动效应。微流动效应使以达西公式为基础的渗流理论已经难以满足开发要求,因此亟待需要能够满足低渗透油气资源开发的渗流理论。 低渗透油层孔隙结构特征,以及流体与流动通道之间的相互作用是研究低渗透储层微流动的关键因素。以Micro-CT图像为基础重构的孔隙模型最接近实际孔隙结构,但是低渗透砂岩岩心Micro-CT图像灰度呈单峰分布,为孔隙分割带来困难。根据Micro-CT的成像原理,分析认为低孔隙度、岩心组分以石英和长石为主、噪音是造成低渗透砂岩灰度图像呈单峰分布的主要原因。并在此基础上,形成了一套适用于低渗透砂岩岩心CT图像的预处理方法。 以孔隙度为约束条件对实验岩心CT图像进行了孔隙分割和表征单元分析。定义了三维图像中的孤立孔隙空间并将其清除,减少了几何模型重构和数值模拟计算所需要的计算机存储空间和计算能力。采用Marching Cubes重构算法和Delaunay三角剖分算法能够对低渗透砂岩岩心孔隙进行几何重构,选取了STL和OFF文件作为数据接口,搭建了从孔隙几何模型到数值模拟的桥梁。 油层矿物与水或原油作用可以形成边界层,边界层使流体在多孔介质中的粘度不为常数,它是与体相流体的性质、多孔介质性质及驱动压力梯度有关的一个函数,这也是低速非达西流出现的原因。通过微通道流动实验和理论分析,认为非润湿相流体存在边界滑移,且滑移长度随接触角的增大而增大,而对于润湿相流体润湿角与滑移长度之间没有明显的关系。 粘土矿物产状对低渗透砂岩油层微流动具有明显的影响。分散质点式粘土矿物使流体流动时出现局部阻力,阻力的大小与喉道和高岭石尺寸之间的匹配关系有关。桥接式粘土矿物使流体流动时产生摩擦阻力和压差阻力,压差阻力的大小受粘土矿物的集合体的形状和大小控制。薄膜式粘土矿物增加了低渗透油层中微流动的沿程阻力。绿泥石集合体的大小、形状、分布以及绿泥石片之间的拓扑关系会影响流体在油层中的沿程阻力。 界定了分子动力学模型,格子boltzmann模型和宏观连续模型(Navier-Stokes方程)的适用范围,认为Navier-Stokes方程能够描述油和水等液体在低渗透砂岩油层中的流动。基于Navier-Stokes方程,考虑了边界层和粘土矿物产状对低渗透砂岩油层微流动的影响,采用有限元法计算了孔隙几何模型三方向渗透率,模拟研究了边界流体相对厚度和粘度对低渗透砂岩油层有效流动能力的影响。 以微流动机理为基础,结合孔隙结构特征,找出影响低渗透储层流体流动的主控因素,采用具有针对性的开采技术将成为高效开发低渗透油气资源的有效途径。


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