液桥的动态界面特性对液-液自发渗吸的影响研究

在自然界和工业应用中,多孔介质中的多相流动现象普遍存在,如地下水流动、油气开采、非饱和颗粒材料等.在这些过程中,液桥的存在对多相流动产生显著影响.基于改进的液-液自发渗吸理论模型及改进流-固作用力格式的两组分Shan-Chen模型,研究了液桥的存在对毛细管内液-液自发渗吸的影响.结果表明:与不含液桥的渗吸过程相比,液桥的存在使得毛细管内产生3个界面,显著增大了系统的动态接触角,降低自发渗吸速度.随着润湿性的增强,液桥的存在使得界面动态变化特性增强的幅度更大.当液桥的黏度小于非润湿流体的黏度时,整个系统的动态接触角随着渗吸长度的增加而增强;若二者黏度相等,整个系统的动态接触角为一稳定值;而当液桥的黏度更大时,整个系统的动态接触角随着渗吸的进行逐渐减小.将模拟获得的实时动态接触角纳入至渗吸理论中,可以改善由液桥界面动态变化导致的渗吸长度的理论值与模拟结果间存在的偏差,并得到与模拟基本一致的结果.文章还利用模拟数据,系统地评价了Cox-Voinov模型对含有液桥以及不含液桥体系的渗吸过程中的界面动态变化特性及渗吸长度预测能力.

致密砂岩气藏注CO_(2)提高天然气采收率微观机理

中国致密砂岩气藏资源储量丰富,复杂的气水渗流关系和气水同产特征制约了单井产能的发挥和天然气采收率提高,注CO_(2)是提高气藏采收率(EGR)和实现碳埋存的双赢途径。为明确致密砂岩气藏CO_(2)驱替微观渗流和提高天然气采收率机理,指导致密砂岩气藏CO_(2)-EGR方案设计,基于格子玻尔兹曼方法(LBM)建立了孔隙尺度多相多组分流动模型,揭示了致密砂岩气藏储层微观气水分布特征和CO_(2)-EGR的微观渗流机理,并明确了CO_(2)-EGR的主控因素。研究结果表明:①驱动压差显著影响了致密砂岩气藏的气水微观分布和水锁程度,使得气水流动能力和气水相对渗透率特征不同;②CO_(2)-EGR微观渗流过程包括气水两相的非混相驱替和CO_(2)-CH_(4)的混相驱替,对应EGR机理为分别受生产压差和地层压力控制的黏性驱替和混相扩散;③注入的CO_(2)可有效缓解水锁现象和贾敏效应,与CH_(4)良好的混相能力能促进沟通分散气泡,微观驱气效率可达42%~94%;④含水饱和度、孔隙结构和驱动压差显著影响微观驱气的作用机制和驱气效率的改善幅度。结论认为,在进行致密砂岩气CO_(2)-EGR的方案设计时,可优先考虑中—低含水饱和度的区块作为试验靶区,并根据靶区储层孔隙结构特征,优化不同注气阶段的注采参数,可充分发挥CO_(2)对CH_(4)的黏性驱替和混相扩散作用。

基于改进LBM的气液自发渗吸过程中动态润湿效应模拟

微通道内气液自发渗吸是广泛发生在自然界及诸多工业领域的物理现象,而动态接触角是影响整个渗吸过程的关键因素.针对该问题,本文使用改进的伪势多相流格子玻尔兹曼方法(LBM),直接捕捉微通道内气液自发渗吸过程中的实时接触角,并分析接触角的动态变化特性及其对渗吸长度的影响.首先,本文在原始的伪势多相流LBM的基础上耦合Peng-Robinson(PR)状态方程,改进流体−流体作用力以及流−固作用力格式,并采用精确差分方法将外力添加至LBM框架中.然后,通过校准模型的热力学一致性,模拟测试界面张力,静态平衡接触角等界面现象验证了模型的准确性.最后,基于建立的模拟方法,在水平方向上模拟微通道内气液自发渗吸过程.结果表明:渗吸过程中的接触角呈现动态变化特征,在渗吸初期,因受到惯性力的影响存在较大波动;随着渗吸距离的增大,其逐渐减小并趋近于静态平衡接触角.渗吸过程中的接触角与微通道尺寸及静态接触角有关,随着微通道宽度增大,实时的动态接触角与静态接触角相差大;随着静态接触角增大,实时的动态接触角与静态接触角的相差增大.此外,忽略动态接触角的Lucas-Washburn(LW)方程所预测的弯液面位置与模拟结果存在一定偏差,利用模拟得到实时动态接触角数据可以直接用于校正LW方程,校正后的LW方程预测的弯液面位置与模拟结果基本一致.

数据驱动与物理驱动融合的双驱动渗流代理模型构建

渗流代理模型的构建是油气藏模拟技术研究的前沿方向,而目前广泛使用的纯数据驱动渗流代理模型无理论支撑,对数据数量和质量的要求较高,很大程度上限制了渗流代理模型的发展。为此提出了数据驱动与物理驱动相融合的双驱动渗流代理模型,其在纯数据驱动渗流代理模型的基础上,融合油气渗流理论,模拟预测油气渗流过程。结果表明:相较于纯数据驱动渗流代理模型,即使训练数据极度稀疏,双驱动渗流代理模型仍具有较高的预测精度;通过在训练数据中加入不同等级的干扰噪声,验证了双驱动渗流代理模型的鲁棒性优于纯数据驱动渗流代理模型;通过迁移学习,将训练好的双驱动渗流代理模型应用到新的渗流场,实现了快速收敛并节省了计算资源。

气液非混相驱替过程中的卡断机理及模拟研究

研究气液非混相驱替过程中的相界面卡断机理及其影响因素在气驱,气水交替及泡沫驱等提高油气采收率领域具有重要意义.本文在原始伪势格子玻尔兹曼模型的基础上,改进流体-流体作用力格式,添加流-固作用力,耦合RK状态方程,并采用精确差分方法将外力添加到LBM框架中.通过校准模型的热力学一致性以及模拟测试界面张力,静态平衡接触角及液相在角隅的滞留等一系列两相体系验证模型的准确性.基于改进的伪势格子玻尔兹曼模型,在孔-喉-孔系统中开展气液非混相驱替模拟,结果表明:卡断现象与驱替压差,孔喉长度比及孔喉宽度比有关,只有当驱替压差处于一定范围内时,气液两相驱替过程中才会发生卡断现象;当驱替压差大于临界驱替压差上限时,即使达到了经典静态准则所预测的卡断条件,卡断也会被抑制;当驱替压差小于临界驱替压差下限时,无法克服毛管“钉扎”作用,形成无效驱替.对于固定孔喉宽度比的孔-喉-孔结构,随着孔喉长度比的增大,发生卡断现象的驱替压差范围增大;对于固定孔喉长度比的孔-喉-孔结构,随着孔喉宽度比的减小,发生卡断现象的驱替压差范围增大.