关键词： 孔隙尺度   页岩油   数字岩心   多矿物相   微观流动模拟  

摘要： 我国页岩油资源量巨大,是继页岩气革命之后最具有接替潜力的重要资源。页岩油藏的孔隙主要是微纳米孔隙,且孔隙壁面具有多矿物相特征,纳微尺度下孔隙壁面的矿物属性对流动具有较大的影响,因此页岩油微观流动模拟应分矿物相孔隙进行研究。本论文分别提出了一种基于孔径分布和基于二维图像的页岩多矿物相数字岩心构建方法,基于N-S方程建立了考虑不同矿物相壁面滑移条件的单相油及油水两相流动模型和相应数值求解方法,并根据规则孔隙和真实页岩三维矿物相数字岩心揭示了页岩油微观流动机理。本论文主要从三个方面开展研究:第一,建立了页岩多矿物相数字岩心构建方法。基于马尔可夫链蒙特卡洛方法,分别结合孔隙直径分布和二维图像进行数值重构,提出两种构建多矿物相数字岩心的方法并进行了正确性对比验证,采用孔隙网络模型方法分析了页岩数字岩心孔隙结构分布特征,发现页岩岩心中的流动空间尺度受限,但具有从纳米到微米的多尺度特性,微观结构较为复杂,页岩岩心连通性较差。第二,建立了考虑吸附层的页岩油单相微观流动数学模型及相应数值求解方法。该数学模型基于有限体积法离散和SIMPLE算法求解,开发了相应的求解器,结合实验结果进行正确性验证。基于该模型对页岩油规则孔隙和数字岩心进行流动模拟,揭示了页岩油的微观流动特征:页岩油有机质孔隙壁面的吸附层对流动的影响不可忽略,页岩油的渗透率明显高于达西定律所估算的渗透率的主要原因是存在边界滑移;孔径对页岩油流动的影响占据主导因素。第三,建立了考虑两相不同滑移长度的页岩油水微观流动数学模型及相应数值求解方法。该数学模型基于有限体积法离散、VOF模型和PIMPLE算法求解,开发了相应的求解器,结合经典算例结果进行正确性验证。通过对页岩油规则孔隙和数字岩心流动模拟结果可知:无机质孔隙中的油水前缘长度突破速度较快,但有机质孔隙中靠近壁面边界的驱油效果更佳;随着有机质孔隙占比增加,相渗图中等渗点左移,页岩油的相对渗透率整体提高,水的相对渗透率整体降低。本论文建立了一套从构建页岩多矿物相数字岩心到微观流动模拟的新方法体系,并应用于规则孔隙和真实页岩三维数字岩心,揭示了页岩油藏流体微观渗流机理,为页岩油藏的高效开采提供理论基础。

关键词： 相场   N-S方程   孔隙尺度   润湿性   残余油  

摘要： 为摸清水驱后残余油的形成机理及分布情况并挖掘残余油潜力,基于N-S方程建立了并联孔隙微观模型,运用相场法追踪驱替过程中的相界面,研究不同壁面润湿条件下的水驱后残余油分布特征,并通过聚合物驱改善流度比、表面活性剂改变界面张力或发生润湿反转等方法挖潜水驱后残余油,研究流度比及界面张力等参数对水驱后并联孔隙内残余油微观流动规律的影响。结果表明,当岩石表面表现为亲水时,水驱后残余油主要滞留在并联孔隙的大孔道内,通过聚合物驱改善流度比可以将孔道内的残余油有效动用,表现为残余油被整体驱动。当岩石壁面为亲油时,水驱后残余油主要滞留在并联孔隙的壁面以及小孔道内,改善流度比对小孔道内形成的残余油很难达到动用的目的,但通过表活剂改变润湿性后,残余油被拉伸成油滴并聚并,最终降低残余油饱和度;流度比或界面张力越小,驱油效率越高。该研究揭示了并联孔隙内水驱后残余油分布及动用机理,为水驱油藏有效开发提供了重要的理论依据。

关键词： 格子Boltzmann方法   锌镍单液流电池   孔隙尺度   多孔电极  

摘要： 针对锌镍单液流电池多孔正极,基于格子Boltzmann方法从孔隙尺度对多孔正极内的流动传质及化学反应过程进行了模拟,获得了多孔电极孔隙内部电解液渗流速度场、浓度场和电流密度变化。从孔隙内渗流与传质的角度分析了不同充电电流、电解液流速和多孔电极孔隙率对电极电化学反应的影响。

关键词： 高孔隙率   砂岩   压缩带   剪切带   模式演化   平均应力   多尺度  

摘要： 高孔隙率砂岩是油气藏、地下水等的重要储层,对其在不同加载条件下破坏模式演化的研究具有重要意义。采用有限元与离散元耦合的分层多尺度模拟方法,对同一种高孔隙率砂岩材料在(排水)双轴压缩试验、钻孔稳定性问题、水岩耦合问题等典型岩土工程边值问题中,破坏模式的演化进行了对比研究。研究表明,高孔隙率砂岩在不同加载条件下可以产生压缩带、含剪切变形带等具有显著不同几何特征的破坏模式;受应力集中、边界条件、孔隙压力变化等因素的影响,不同破坏模式之间可能发生演化,在边值问题中产生复杂的破坏形式;有效平均应力增加可能导致破坏模式从含剪切变形带演化为压缩带,反之,有效平均应力降低也可能导致从压缩带向剪切带的演化。

关键词： 多孔肋   细小通道   孔隙尺度模拟  

摘要： 泡沫金属具有很高的比表面积,有望进一步提高细小通道热沉的流动换热性能.本文研究了多孔肋细小通道热沉中的充分发展流动.模拟基于拉盖尔-沃罗诺伊镶嵌方法构造多孔肋几何结构,使用直接模拟方法避免宏观方法中选择参数对结果的影响.本研究得到孔隙率、填充率和雷诺数对速度分布和压降的影响规律,基于速度分布分析了填充率影响泊肃叶数的一般规律,并将模拟结果整理为经验关联式.本文还对比了宏观方法的模拟结果,讨论了宏观方法中等效黏度的影响.

关键词： 气体水合物   生成   分解   X-CT   分布特征  

摘要： 天然气水合物在沉积物中的分布规律对其勘探开发起着至关重要的作用。本文采用X射线计算机断层扫描技术(X-CT),通过原位扫描气体水合物生成与分解各个阶段,研究了水合物在生成与分解过程中在多孔介质中的分布规律。实验结果表明,水合物在多孔介质中的生成位置主要受传热速度及气体扩散的影响,水合物分布呈现随机性;在分解过程中,热刺激法及降压法均导致水合物二次生成,前者可以促进水合物在多孔介质中的均匀分布,后者则使沉积物分布更加均匀。

关键词： 多孔结构   CO2   升温   过饱和   析出  

摘要： CO2和高温蒸汽都在提高原油采收中被广泛应用。两者联合可以有效降低原油黏度、改善流动性,补充地层能量,提高波及效率。在高温蒸汽作用下,已溶解于原油的CO2会发生过饱和析出。析出气泡成核、生长和流动对地层多相流体分布及渗流有重要影响。本文通过孔隙尺度高压可视化实验系统,研究超临界CO2-油升温过饱和析出,探究了升温幅度和速率对过饱和析出气泡成核、生长和流动三个阶段的影响机理,同时也分析了气泡不同成核特征对后续生长和流动的影响规律。

关键词： 格子玻尔兹曼方法   微扩散层   孔隙尺度模拟   孔隙结构   渗透系数  

摘要： 运用基于球体的模拟退火方法和动态颗粒堆积模型数值重建了微扩散层(MPL),其中前者更能准确地反映多孔介质的孔隙特性.利用具有多反射固体边界的多弛豫时间格子玻尔兹曼方法模拟了重建的微扩散层内的单相流动.系统地分析了碳相体积分数、聚四氟乙烯(PTFE)载量、孔隙率和PTFE分布方式对微扩散层孔隙结构和渗透率的影响.结果表明:微扩散层渗透率随碳相体积分数和PTFE载量的增加而减小,且PTFE的分布方式影响微扩散层的孔隙结构和渗透率.KC关联式低估了MPL的渗透率,通过拟合计算数据提出了预测MPL渗透系数的关联式,预测结果与孔隙尺度模拟结果的相对误差小于12%.

关键词： 微流控模型   微观剩余油   赋存状态   流动路径变化特征  

摘要： 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。

关键词： 多相流   剩余油   多孔介质   相场方法   提高采收率  

摘要： 基于真实岩心颗粒粒径分布,利用过程法构建疏松砂岩油藏的三维孔隙结构模型,利用相场方法建立两相流体流动数学模型并利用有限元方法进行求解,研究驱替速度、流体性质、润湿性对剩余油分布以及采出程度的影响.结果表明:驱替速度的增大和油水粘度比的减小会导致较大的毛管数,进而有利于采出程度的提高;就润湿性而言,水湿条件下毛管力是水驱油的动力,而在油湿条件下是阻力,因此水湿岩心采出程度更高.同时,从孔隙尺度对油水渗流机理及剩余油分布机理进行揭示,结果表明:由于多孔介质的复杂孔隙结构,流体在流经不同孔隙时呈现不同的流动特征,进而对油水两相流整体的压力分布、流速分布造成重要影响.