基于岩土介质三维孔隙结构的两相流模型

地下储层中岩土介质一般具有较低的孔隙连通性,宏观流动模拟一般忽略微观尺度的孔隙连通性,通过渗透率、弯曲度等参数反映储层的整体特性。但岩土介质的多孔性及孔隙间复杂的连通性,使得宏观描述流体在岩土介质中流动不能反映其内在流动特征。孔隙结构模型的建立可以反映岩土介质中孔隙的几何形态及空间连通性,为解释流体在复杂多孔介质中的流动特性提供有效手段。通过考虑岩土介质孔隙尺寸分布、孔隙孔喉空间相关性、孔隙连通性等特征参数,建立了反映不同岩土介质连通性、各向异性特征的等效孔隙网络模型。等效孔隙网络模型通过水力特征参数等效的方式反映岩土介质三维微观孔隙结构,通过渗透率计算验证了模型的有效性。此外,基于建立的孔隙结构模型,开发了孔隙尺度动态两相流计算模型,模型可以反映孔隙内弯液面的动态运动过程,直观反映多孔介质中的优势渗流,可以为不同孔隙尺度岩土介质提供表观渗透率、击穿曲线、相对渗透率曲线等宏观计算参数。将孔隙尺度两相流模型应用于页岩气开采中水力阻滞特性研究,结果表明:页岩基质的残余饱和度约为30%,随着平均配位数的增加,残余饱和度显著降低。

多孔介质孔隙结构模型及其在渗流分析中的应用

对目前常用的孔隙结构模型进行了总结,将目前常用的模型分为孔隙重构模型、孔隙网络模型、等效孔隙网络模型3个类别,对上述3种模型的概念、建立方法以及在渗流分析方面的应用进行了介绍。从孔隙重构模型到孔隙网络模型再到等效孔隙网络模型,其对多孔介质孔隙结构的描述由真实性向等效性发展,而其计算效率则显著提高。基于孔隙结构模型已有研究针对渗流过程展开了大量的计算分析工作,研究表明孔隙结构模型能够较好反映多孔介质孔隙结构对渗流过程的影响,揭示渗流和物质输移过程孔隙尺度物理机理,在环境岩土工程及能源岩土工程等多个领域具有广泛的应用前景。未来孔隙结构模型研究将集中于基于孔隙结构模型建立宏微观行为的联系、基于孔隙结构统计参数建立更具普适意义的模型等方面。