基于微流控模型的致密油藏微观渗吸机制试验

针对目前岩心渗吸周期长、计量不准确且现有微观模型参数设计未涉及到致密储层典型喉道尺寸等问题,设计考虑不同喉道尺寸、孔隙形状、孔喉比、喉道与孔隙连接位置、配位数玻璃制成的喉道和孔隙双深度及硅-玻璃制成的均深刻蚀微流控模型,并通过高温氧化硅镀层实现流道内部润湿性一致,开展蒸馏水-油、油-异丙醇-蒸馏水型体系的一系列渗吸试验。结果表明:喉道中存在薄膜流动,且薄膜流动速度远快于渗吸弯液面移动速度,不规则渗吸界面是由喉道内表面粗糙度引起的,薄膜流动对孔喉渗吸效果影响显著;渗吸早期,宽喉道对于渗吸作用的贡献远大于窄喉道,润湿性增加有利于润湿相向扩径区域渗吸;薄膜流动避免了润湿相在喉道中的卡断现象,而是以间断薄膜流动形式继续向出口流动;较小的润湿角和迂曲度有利于渗吸作用,渗吸的距离更远,渗吸前缘更为均匀,配位数、孔隙形状及大小对渗吸影响较小,主要受孔隙与喉道接触位置的开口大小决定,润湿性决定渗吸在各种孔喉结构下的整体效果。

基于微流控模型的渤海典型高渗砂岩储层油水赋存规律

为进一步明确高渗砂岩储层水驱过程中微观油水赋存规律,通过扫描储层岩心,建立了渤海高渗砂岩微流控模型;基于形状因子和欧拉数等微观参数,编制计算程序,精细识别并提取膜状、滴状和柱状等5类剩余油的微观表征;针对不同流体物性及开发方式设计实验方案,明确了渤海典型高渗砂岩在不同原油性质及开发制度下微观油水赋存规律及演化特征。结果显示:随着剩余油非连续相增加,水淹范围内的绕流区、滞留区难以再动用,多孔和簇状剩余油成为主要的剩余油赋存形态;高速驱替水驱波及范围更大,但注入水绕流易导致采出端提前见水,波及范围不再显著增加;低黏储层中,高速驱替相较低速驱替波及系数提升0.154;高黏储层中,液流改向调整后水驱末期波及系数提高0.137。对于渤海油田典型储层物性及高含水开发阶段条件下,低黏储层更适合提高驱替速度进行挖潜,高黏储层适合液流改向进一步动用剩余油。研究结果为渤海油田水驱高效开发提供了借鉴。

微流控模型在油气田开发中的应用

在过去的30年内,微流控技术在包括疾病诊断、药物筛选、细胞分析、材料化学、环境监测、食品安全、航空航天等在内的各个领域开展应用,取得了丰硕的成果。在油气田开发领域,1952年俄克拉何马州立大学Alfred Chatenever和宾夕法尼亚州立大学John C.Calhoun, JR最先利用微观模型研究了剩余油的分布规律。本文介绍了1952年至今,微流控模型在油气田开发领域的发展与应用现状。目前,针对不同的研究目标,可制造不同材质的模型。模型中的流体分布情况、流动路径分析可用共聚焦显微镜、PIV(Particle Image Velocimetry,图像粒子测速系统)、CCD相机(Charge Coupled Device Camera,电荷耦合摄像机)等设备来观察和实现。微流控技术所带来的精准、定量、快速、安全的可视化研究将在油气田开发领域的油气水在裂缝、微尺度基质、纳尺度基质中的渗流规律和化学驱提高采收率等方面发挥出无可替代的作用。

基于微流控模型的裂缝性储集层渗吸机理实验

针对岩心渗吸实验周期长和计量难度大等问题,设计了不同尺寸、不同边界条件的裂缝-基质微流控模型,并通过表面性质修饰对模型润湿性进行调控,开展了油-水、油-润湿改性体系、油-WinsorⅢ型表面活性剂体系的一系列渗吸实验并研究其渗吸机制。研究表明,在油-水、油-润湿改性体系渗吸过程中,油相通过海恩斯阶跃采出,毛细管回压是阻碍基质油相排出的主要阻力,界面张力的降低导致海恩斯阶跃减弱,降低了排油速度,提高了油相采出程度;油-水和油-低界面张力的润湿改性体系渗吸是毛管压力主导的逆向渗吸过程,各个边界对渗吸的贡献程度相近,与经典渗吸标度方程拟合较好;油-WinsorⅢ型表面活性剂体系渗吸是在超低界面张力条件下由重力主导的顺向渗吸过程,实质上是中相微乳液的形成与再平衡过程,其在微观模型中的渗吸动态与前人渗吸标度方程的修正模型拟合较好。图26表1参27。

基于微流控模型的孔隙尺度剩余油流动状态变化规律研究

水驱是我国常规砂岩油藏最主要的开发方式,研究微观剩余油流动动态对于指导处于高含水阶段的水驱油藏开发具有重要意义。本文在微观玻璃模型驱替实验的基础上,建立了微观剩余油特征参数定量表征方法,以"微观剩余油占据的孔喉数"、"形状因子"、"油—岩石接触比"和"欧拉数"为特征参数,对微观剩余油进行了分类识别和定量统计,进而研究了水驱过程中微观剩余油的赋存状态和动态演化特征。在此基础上,进一步地以不同类型微观剩余油所占据孔隙的"平均孔隙半径"、"平均孔喉比"和"平均配位数"为特征参数,研究了微观剩余油的流动路径特征。研究结果表明:孔隙半径是决定簇状剩余油赋存的主控因素,孔喉比是形成多孔状剩余油的主控因素,而滴状微观剩余油分布的孔隙半径、孔喉比和配位数都更加宽泛,柱状和膜状剩余油分布的孔喉比和配位数也均较为宽泛;在非均质模型中,非均质性对簇状和多孔状微观剩余油流动动态起着主导作用,微观剩余油主要存在于孔喉半径较小的低渗区域,孔喉比和配位数的影响不大,而其他三类非连续相剩余油均在水驱过程中尤其是高含水阶段形成,并且多存在与水驱已波及区域,非均质性对其微观剩余油的流动动态影响较小。

基于微流控芯片模型的渗流实验与数值模拟

基于微流控芯片加工技术,采用显微镜-微观模型实验装置,通过制作准二维微流控芯片模型来模拟多孔介质内部的骨架及孔隙结构,开展多孔介质渗流实验.通过测量芯片模型两端的压降并进行修正,计算芯片模型的渗透率.采用计算流体力学方法(CFD)对渗流过程进行数值模拟,并与实验结果进行对比分析.结果表明:在相同条件下,相对于微柱方形排列的芯片模型,微柱错开排列的芯片模型在微观上表现为迂曲度增大,增大的幅值为5.1%~7.9%;在宏观上表现为流阻和压降更大,渗透率更低,降低的幅值为4.5%~7.4%.芯片模型渗透率不仅与内部孔隙通道结构和孔隙率有关,还与颗粒直径和颗粒排列方式相关.当模型孔隙率为0.327~0.900时,数值模拟方法所得的微流控芯片模型的渗透率与实验所测结果接近,误差为9.78%~28.43%.Kozeny-Carman(KC)公式不能准确预测实验结果,并且最大误差为73.97%.提出修正平行板间导管流(平板流)渗流公式预测准二维微流控芯片模型渗透率,预测渗透率曲线与数值模拟和实验数据具有很好的一致性.

微流控肠道模型芯片在食品营养评价中的应用研究进展

基于微流控芯片的人体肠道模型在食品营养评价中的应用引起了研究人员的广泛关注.该模型可将肠上皮细胞及肠道微生物共培养于微流控芯片,根据肠道的生理结构在体外对其进行重建,用以构建特异性肠道疾病模型和特定环境下肠道的生理机制研究.该体外模型可以填补传统体外细胞模型和动物模型无法重现的肠道生理结构和功能的空缺,在食品和药物的功能评价领域具有巨大的应用潜力.该模型不仅可以评价食品功能因子对肠道健康的影响,而且还能够深入研究益生菌、致病菌、病毒等微生物、肠道菌群、肠道炎症间的复杂互作机制,为食品营养评价提供了切实可行的体外模型.本文综述了近年来微流控肠模型的构建现状及其在食品对肠道健康的功能评价领域的研究进展,为未来进一步研究食品营养评价提供参考依据.

基于数字图像处理的孔喉内三相接触角自动测量方法

借助数字图像处理技术,以微流控水驱油实验视频为数据源,建立了微流控模型孔喉内三相接触角的自动批量测量计算方法;采用人工测量数据验证了新方法测量结果的可靠性,在此基础上,利用接触角概率密度曲线、均值变化曲线揭示了三相接触角在流动条件下的动态变化规律。研究表明:对于水湿岩石,水驱油过程中,驱替前期接触角均值以锐角为主,随驱替时间的延长,油相受力逐渐由黏滞力为主导向毛细管力为主导过渡,接触角均值不断增大,至驱替中后期以钝角为主。剩余油中的滴状流赋存于孔喉通道中央,不存在三相接触角;多孔流和柱状流在整个驱替过程中接触角变化幅度较小且均值皆为钝角,该类剩余油形成后流动性差,动用难度较大;簇状流在驱替过程中三相接触角均值整体呈上升趋势,剩余油动用难度逐渐升高;膜状流整体呈钝角,水驱后期接触角均值最大,动用难度最大。驱替结束后,不同流态剩余油仅受毛细管力作用的影响,接触角均为钝角,在原油作用下模型孔喉壁润湿性呈油湿特征。