基于数字岩心和孔隙网络模型的油水相渗模拟研究--以W433长6油田为例

以W344长6油田低渗透砂岩为研究对象,通过X-CT扫描技术获得低渗透岩样多尺度三维灰度图像,通过降噪、二值化、连通性检验和孔隙分割等操作建立三维孔隙网络模型。通过tNavigtor软件进行数值模拟,对比分析了基于数字岩心和岩心驱替实验的相对渗透率曲线对油藏拟合效果的影响。实验结果表明,通过数字岩心技术得到的相对渗透率曲线更平滑,对应的残余油饱和度更低,在数值模拟过程中具有较好的应用效果。

基于孔隙网络模型的非牛顿流体驱替模式研究

本文提出了一种考虑了流体可压缩性与非牛顿流体剪切流变性的非稳态孔隙网络模型,用以研究非混相驱替中的毛管指进、黏性指进和两者之间的过渡区这三种不同的驱替模式.通过在孔隙网络模型中饱和非牛顿流体,研究不同注入毛管数和不同黏度比情况下的注水驱替模式.结果表明,非稳态孔隙网络模型可以模拟再现三种不同的流体驱替模式,并提出特征前缘流量用于区分三种驱替模式.毛管指进的入口压力的相对波动较大且手指的无序生长会抑制前缘的移动速度,因此特征前缘流量变化较小.黏性指进会抑制指进横向生长和向入口方向的流动,入口压力在突破时快速降低.在过渡区,驱替流体倾向于占据由更大半径孔喉组成的少量路径,并以更大的特征流量向出口处快速突破,导致更细的手指与较低的驱替效率.本文还对比了被驱替相为牛顿流体时的情况.结果表明,剪切流变性会减弱被驱替相黏性阻力的影响,从而使得过渡区的范围更宽.本研究有助于更好地研究复杂流体间黏性力与毛管力对驱替模式的影响,对于提高油气采收率和二氧化碳地质封存效率具有现实意义.

PEMEC压缩阴极气体扩散层内两相传输特性的孔隙网络模拟

采用三维孔隙网络模拟方法对Toray 090型碳纸随机重构,分析了不同压缩率下质子交换膜电解池阴极气体扩散层(gas diffusion layer,GDL)的氢气突破压力、毛细压力分布、相对渗透率和相对扩散率随水饱和度的变化,并对氢气在阴极GDL中传输的传质关系式进行了研究.结果表明:根据孔隙网络模拟计算得到的数据重新拟合氢气传质关系式更适合描述氢气在阴极GDL中的传输;不同压缩率下,氢气在GDL中的传质性能参数(相对渗透率和相对扩散率)几乎不变;随着压缩率的增大,氢气在GDL中传输的阻力也随之增大,导致产生的氢气在质子交换膜界面的压力增大,氢气更容易从阴极跨膜渗漏到阳极.

基于孔隙网络模型的气液渗流特性

CO_(2)地质封存是实现大量CO_(2)减排的有效途径之一,而阐明CO_(2)在岩石孔隙中的运移规律是CO_(2)长期安全地质封存的关键。基于岩心微观结构重建的孔隙网络模型,不仅可以反映真实岩心孔喉分布规律,又能体现孔隙空间的分布及其发育特征,在多孔介质多相流研究领域具有十分重要的意义。选用储层较为常见的Berea砂岩,基于微焦点X射线计算机断层扫描(micro-CT)技术获得二维CT图像,在ImageJ软件中通过尺寸裁剪、降噪滤波以及阈值分割等一系列图像处理过程,重建了岩心样品数字图像,并在Matlab软件中借助提取函数实现了二值化;然后,采用最大球算法,通过搜索最大球、建立最大球连通关系、孔喉的识别和参数计算3个主要步骤,提取了实验岩心样品中的孔喉拓扑等效网络,并运用Amira软件进行可视化,将孔隙和吼道等效为球杆模型。通过对比不同图像处理与孔隙网络提取方法得到的岩心孔隙度、配位数、孔喉几何尺寸与形状因子等结构参数,确定了能够较好反映真实岩心孔隙空间特征的数字岩心重构及孔隙网络模型提取方法,即模型Pic7:滤波处理时将Mean值设置为1.5,Median值设置为2;阈值分割选择Otsu算法且应用最大球法提取数字岩心时将最小孔径设置为1。确定了Berea岩心孔隙结构参数:配位数分布在30以内,峰值在5左右;孔隙半径分布在80μm内,集中在20μm左右;吼道半径分布在60μm内,集中在10μm左右;孔隙形状因子和吼道形状因子分布在0.07以内,孔隙形状因子峰值在0.03左右,吼道形状因子峰值在0.035左右。最后,借助帝国理工大学开发的孔隙网络两相渗流模拟程序,用0.103 mol/kg NaCl溶液表征咸水,在50℃、12.4 MPa的储层条件下,开展了基于孔隙网络模型的多孔介质内CO_(2)驱替咸水的渗流数值模拟,通过分析驱替和吸入过程中毛细管压力曲线和相对渗透率曲线,阐明了孔隙网络提取方法对多孔介质多相流过程的影响,再次验证了孔隙网络模型建模方法的可靠性以及所得建模参数的准确性。

孔隙网络模型在渗流力学研究中的应用

孔隙网络模型广泛地用于同多孔介质有关的微观模拟中.本文简介了利用网络模型研究储层渗流规律的基本思想、主要步骤以及网络模型同其它微观模型相比较的优缺点,总结了在微观渗流研究中使用的两大类网络模型(准静态网络模型和动态网络模型)的特征及其适用范围,综述了目前网络模型在研究渗流中的应用现状以及国内外研究比较活跃的几个方面,最后分析了网络模型今后的发展趋向.

孔隙网络模型法计算气液体系吸吮过程相对渗透率

针对实验法难以直接测定气液体系吸吮过程相对渗透率曲线的问题 ,利用驱替过程相对渗透率实验资料 ,通过孔隙网络模型确定合适的孔隙结构参数 ,然后再由网络模型计算吸吮过程的相对渗透率曲线。利用文献中一油气体系的实验资料进行了初步验算 ,由一实际储层岩样的气驱水实验数据 。

基于孔隙网络模拟的致密砂岩气充注与微观气水赋存特征

中国致密砂岩气资源丰富,勘探潜力大,但已有的开发实践证实开发面临巨大挑战。为了从微观角度深入认识致密砂岩气成藏机理,气水分布,提高致密砂岩气采收率,基于孔隙网络模型,开展了致密砂岩气充注数值模拟研究,探讨了微观尺度下致密砂岩气充注机制,并分析了充注过程中气水的赋存特征,建立了不同温度压力条件下毛细管力学模型,指出了不同地质条件下含气性差异与变化的特征。研究结果表明:①毛细管压力是孔隙内流体与孔隙壁面之间的分子间相互作用力的宏观表达,相较常温常压,在高温高压地层中毛细管压力更小,成藏下限可能更低;②由于孔隙结构的非均质性特征,并非所有大孔隙都被天然气充注,与小孔隙或者窄喉道相连的大孔隙可能无法被充注而呈现局部高含水特征,开发过程中,这部分水作为自由水被产出;③孔隙网络模拟揭示了岩心尺度上的致密砂岩微观含气性增长机制与气水分布形成过程,有利于深入认识致密油气成藏机理,以及气水分布。结论认为,基于孔隙网络充注模拟技术,在实验室条件下揭示了微观气水分布形成过程和致密砂岩气充注机理,对指导致密砂岩气开发具有重要指导和借鉴意义。

多孔介质孔隙网络模型的应用现状

孔隙网络模型广泛应用于多孔介质的微观模拟中,已经可以较好地实现对渗流参数的定量预测,并用来描述微观渗流过程。首先对孔隙网络模型建立方法和孔隙空间描述作了扼要介绍,总结了准静态和动态两类孔隙网络模型的特征及应用范围,然后着重论述了孔隙网络模型的应用情况及研究较活跃的几个方面,最后对其发展趋势进行了展望。

基于三维孔隙网络模型的纵波频散衰减特征分析

波场在含流体的孔隙介质中传播时会产生频散和衰减现象.波场的频散和衰减与孔隙介质的岩石物理属性有关,包括孔隙度、渗透率、流体属性等.现有的三维裂缝/软孔隙网络模型利用椭圆截面纵横比的变化模拟从扁裂缝、软孔隙到硬孔隙的多种情况,而未考虑同时包含孔隙和裂缝的全局性网络空间.为了更好地描述裂缝-孔隙空间,本文提出同时包含裂缝和孔隙的三维裂缝孔隙网络模型,并给出渗透率的计算方法.通过体积平均法推导了三维裂缝/软孔隙网络模型和三维裂缝-孔隙网络模型的波动方程,利用平面波分析方法得到纵波频散/衰减曲线的表达式,同时应用数值模拟研究了总孔隙度、裂缝孔隙度、裂缝纵横比、裂缝数密度、孔隙流体黏度对纵波衰减和速度频散特征的影响.结果表明,在三维裂缝-孔隙网络模型下,总孔隙度、裂缝参数等对纵波频散衰减特征的影响与三维裂缝/软孔隙网络模型相似.具体表现为:纵波在高频段内出现频散和衰减现象.孔隙度的变化主要影响逆品质因子曲线峰值的大小;裂缝数密度主要控制速度显著变化的范围;裂缝纵横比对纵波速度和特征频率有显著影响.

孔隙网络模型法计算水相滞留对气体渗流的影响

孔隙结构是影响气藏储集层孔喉中水相滞留的一个重要因素。考虑滞留的水相在孔隙中的微观分布,利用Bethe网络模型模拟,研究水相滞留对不同孔隙结构体系的气体渗流能力的影响规律,主要包括孔喉大小和分布均匀程度等影响因素。初步模拟计算表明,应用孔隙网络模型研究水相滞留对气体渗流的影响规律是可行的,能将水相微观滞留堵塞机理与宏观损害程度相联系。

基于孔隙网络模型的非水溶相液体运移实验研究进展

进行多孔介质中非水溶相液体(Non-Aqueous Phase Liquids,NAPLs)运移的微观机理研究,微观孔隙网络模型实验是目前应用比较广泛且行之有效的方法。通过网络模型实验,获得对NAPLs在多孔介质中运移更深入的认识。从多孔介质孔隙结构测量、孔隙网络模型制作、NAPLs运移网络模型实验和数值模拟4个方面评述了该方向的研究进展,结果显示测量孔隙结构方法、图像刻蚀技术、可视化测量实验数据方法等有力地促进了本实验研究的发展。分析了孔隙网络模型实验存在的问题以及未来的发展趋势,对开展孔隙网络模型实验研究有一定的启发作用。

基于孔隙网络模型的微观水驱油驱替特征变化规律研究

结合逾渗理论,采用截断威布尔分布作为孔喉特征分布函数,模拟储层岩心的初次油驱过程和二次水驱过程,建立了油水两相三维准静态孔隙网络模型;通过模型计算与试验结果的对比,验证了孔隙网络模型的有效性。利用建立的孔隙网络模型,研究了岩心在水湿情况下,储层微观孔隙结构参数如孔喉比、配位数、形状因子等对水驱油驱替特征的影响。研究结果表明,储层岩心的孔喉比越小、配位数和形状因子越大,残余油饱和度越小,水驱油的驱替效果越好;形状因子的变化对驱油效率影响较大。

致密砂岩微米级孔隙网络系统石油驱替实验三维在线模拟

致密油储层孔隙度和渗透率均较低,其微米级孔隙网络系统内石油赋存状态是致密油成藏地质研究中亟待解决的核心问题之一。采用油气驱替系统与X射线微米CT扫描系统联用,通过对3 mm和5 mm直径致密砂岩干岩心、饱和碘化钾(KI)溶液及油驱替KI溶液后致密砂岩岩心在线CT扫描及数据重构,三维展示了致密砂岩微米级孔隙网络系统中石油的赋存状态。研究发现孔隙半径10μm以上孔隙的连通性较好,是石油聚集的优势孔隙网络系统,致密砂岩62.9%~84.1%的石油聚集于半径在10~60μm之间的孔隙内;孔隙半径小于10μm的孔隙数量多,但其在空间上多呈孤立状分布,该部分孔隙的石油充满度较低,只聚集了致密砂岩内6.8%~20.0%的石油。致密砂岩含油饱和度随孔径呈阶梯状增长,半径小于10μm、10~60μm和60~80μm的孔隙的含油饱和度分别为10%~40%,30%~75%,40%~75%。致密砂岩微米级孔隙网络系统石油的赋存与孔隙的尺寸、成因类型及空间分布特征有关。

三维数字岩心的重构及孔隙网络模型的孔隙度分析

数字岩心和孔隙网络模型是多孔隙级微观渗流理论研究的基础,为精确反映三维多孔介质孔隙体之间的连通性,根据二维数字岩心构建原理,采用Matlab软件重构三维数字岩心,研究了压实因子与成岩增量因子在三维数字岩心构建中的作用,并采用离散概率统计理论分析了三维数字岩心孔隙度,得出同一三维数字岩心局部孔隙度的差异随所取计算单元的划分边长增大而减小。

孔隙网络模型的可视化方法及应用

在微观渗流领域,孔隙网络模型的应用日渐广泛;但可视化成像方面研究的不足,使其应用受到极大的限制。基于四个基本假设,利用立体几何知识得到了喉道和孔隙体的确定方法。以孔隙网络模型数据文件为研究对象,将其应用于Berea砂岩的孔隙网络模型、复杂孔隙网络模型及孔隙网络模型中含油饱和度分布的可视化;由此将孔隙网络模型立体地呈现在人们面前。这样既可以展现同一个孔隙网络模型的孔隙体和喉道分布,又可以展现复杂孔隙网络模型的孔隙体和喉道分布,甚至还可以展现含油饱和度的分布状况,便于进行流动机理分析和微观剩余油分布分析,从而拓展了孔隙网络模型的应用范围。

基于孔隙网络模型的三相相对渗透率模拟计算方法

为准确获得注气驱、水气交替注入等提高采收率过程中的油、气、水3相的相对渗透率,基于孔隙网络模型,采用孔隙级流动模拟方法进行多相流动模拟。采用正交设计方法,优化网络模型参数拟合油、水2相实验数据,选取拟合程度最高的方案作为油、气、水3相渗流的模型参数。基于逾渗理论,采用优选出的模型,进行油气水3相渗流模拟,最终得到油、气、水3相相对渗透率,从而为油气田开发提供必要的基础数据。

砂岩孔隙网络特征参数及其在储层评价中的应用

根据砂岩孔隙网络的基本流动单元特征 ,引入描述孔隙网络特征的一个新参数即孔隙网络特征参数。该参数是孔隙网络体系宏观特性即渗透率、孔隙度和微观结构特征 (喉道大小、孔喉比、孔隙配位数、喉道迂曲度等因素 )的综合表征 ,一般砂岩的孔隙网络特征参数小于 0 .7。实际的室内实验资料研究表明 ,该参数与储层的原始含油饱和度、残余油饱和度以及水驱油效率、无水采收率等密切相关 ,回归所得方程的相关系数很高。在储层分析、研究与评价中具有重要意义。其作用是目前的孔隙微观结构特征诸参数无法替代的。

基于孔隙网络模型的砂砾岩微观水驱油驱替特征

基于胜利油区砂砾岩油藏储层微观结构特征,采用双峰态曲线作为表征喉道半径的分布,结合储层微观孔隙结构参数(如孔喉比、配位数、形状因子等),建立反映砂砾岩岩石孔隙空间的三维孔隙网络模型。通过油水两相流模拟计算结果可知,与实测相渗曲线吻合较好,可用来计算油藏驱油效率和预测开发动态,尤其是对于新发现尚未进行取心实验的区块,开展砂砾岩三维孔隙网络模型计算无疑是一种有效的补充手段。

孔隙网络模拟渗流速度对页岩气开采的影响

孔隙网络模型是预测多孔介质流动特性的有效手段。基于页岩气藏微观孔喉参数建立了随机孔隙网络模型,并模拟了气水两相流动,通过求解模型压力矩阵方程,绘制渗流图像;通过模拟不同速度下的渗流特征,分析了水侵现象、渗流速度对气水两相渗流路径的影响。结果表明,渗流速度与驱替压差呈正相关,在渗流速度大于临界流速vc的驱替过程中,压降梯度对渗流路径起主要影响作用,不同的渗流速度会形成不同的渗流路径,渗流路径符合分形特征;而由于较高渗流速度(大于临界流速vc)会破坏气/水界面稳定性,因此,高渗流速度更利于水侵而降低页岩气产量;若渗流速度小于临界流速vc,气/水界面趋于稳定,促使页岩气大量产出。

基于Micro-PIV和LBM的土壤孔隙网络中流体速度分布表征

土壤孔隙结构复杂多变,揭示其内部流场特性对于描述和预测土壤中水分传输、溶质迁移等现象至关重要.基于规则性的土壤孔隙网络模型,采用Micro-PIV(Micro-scale Particle Image Velocimetry,显微粒子成像测速系统)技术分析不同雷诺数下孔隙结构中流体运动的特征,通过LBM方法(Lattice Boltzmann Method,晶格玻尔兹曼方法)对孔隙结构中流场分布进行数值模拟研究.结果表明:微观尺度下孔隙网络模型中不同孔隙区域流速分布差异明显,中线区域流场呈规律性分布,孔喉处为高速区,流速达到0.001 4 m/s,水平方向相邻两圆柱靠近边界处存在低速区,速度不高于0.000 2 m/s,在垂直于流向方向上速度场具有良好的对称性;靠近上下边界的大孔隙区域流体优先通过,流体的速度可达到0.003 0 m/s.LBM方法模拟的孔隙网络模型中流场分布结果与试验获得的流场分布吻合,其平均均方根误差为0.009 4 m/s,表明土壤孔隙网络模型能有效模拟土壤孔隙,捕捉微观尺度上的流体运动特征,为应用孔隙网络模型研究土壤孔隙中溶质运移和反应等问题提供了微观尺度的度量工具.