岩石气水两相渗流的玻璃刻蚀驱替实验与有限元数值模拟对比

岩石微观可视化两相渗流特征研究对于油气田开发具有重要意义。分别采用微观可视化玻璃刻蚀驱替实验和有限元数值模拟对岩石中微观气水两相流体的动态渗流特征进行了研究,并将数值模拟结果与微观玻璃刻蚀驱替实验结果进行了对比验证。结果表明,有限元数值模拟结果与玻璃刻蚀驱替实验结果基本一致。气水两相流驱替实验过程中存在明显的指进现象;驱替结束后,分布在大孔喉和与大孔喉相连的孔隙中的水被驱替,未被驱替的水主要分布在小孔喉、小孔喉控制的大孔隙和孔隙盲端;单相渗流达到稳态后,流动通道中心的流体流速比入口处流体流速大,孔喉半径越大,压力降低越慢。微观玻璃刻蚀驱替实验方法能较好地观测微观指进现象和气体在通过狭窄喉道时的运移跳跃现象,而有限元数值模拟方法则具有成本低、易于操作、实验可重复性高等优点。微观玻璃刻蚀驱替实验与有限元数值模拟相结合研究气水两相渗流效果更佳。     

支化预交联凝胶颗粒在油藏中的运移与调剖特性

调剖剂在多孔介质中的运移能力是影响其深部调剖性能的关键。支化预交联凝胶颗粒（B-PPG）是一种在PPG基础上发展的带有支化链的新型调剖剂,支化结构的引入能够增强其膨胀性能,提高颗粒弹性变形能力,使其通过弹性形变通过孔喉,运移至油藏深部调剖。针对该型调剖剂,设计了孔隙介质中的运移与调剖实验,重点考察了其微观运移与封堵特征、不同渗透率条件下的深部运移能力和调剖效果。结果表明,B-PPG膨胀能力较部分PPG强（体积/粒径膨胀倍数为47.3/3.6）。粒径大于喉道直径的B-PPG能够通过弹性形变通过孔喉,同时以单颗粒或多颗粒堆积的方式对孔喉形成暂时性和反复性的封堵。在匹配渗透率条件下（1.6~3.2D）,B-PPG能够运移至模型深部,实现液流转向,扩大波及体积,为实现非均质油藏深部调剖提供了可行的技术选择。     

基于网络模型的油藏优势通道形成微观机制

基于实际疏松砂岩油藏优势通道发育特征,建立了考虑微粒运移及附加压力损耗的动态孔隙网络模型,对控制优势通道形成的微观因素进行了研究,明确了不同孔喉结构及工作制度下优势通道形成规律。研究结果表明:在常规网络模型基础上,针对孔喉中微粒脱落、运移、堵塞等行为建立数学模型,并考虑由优势通道引起的附加压力损耗,最终建立可模拟优势通道微观发育的网络模型;通过对比所建网络模型与实际优势通道发育特征,验证了网络模型的正确性,初步明确了孔喉半径动态变化与优势通道规模的关系;具有孔喉半径较大、配位数较多、形状因子较大等初始孔喉特征的储层,更易形成优势通道,驱替压差对其也有较大影响,总之,微粒在孔喉中堵塞与疏通所形成的平衡关系对优势通道发育有重要控制作用。该研究可为此类油藏储层伤害研究及注水开发调整提供一定指导。     

非均质储层水驱剩余油分布及其挖潜室内模拟研究

为了挖潜长期注水开发油田水淹层内的剩余油,通过分析储层孔隙结构和孔喉大小,研制了可视化非均质模型,以录像的方法室内观察水驱剩余油形成过程,分析其分布特征及挖潜技术思路。基于弹性颗粒在孔喉结构中的材料性能,提出与储层孔喉相匹配的弹性颗粒粒径筛选原则,并通过非均质岩心水驱后颗粒调剖实验,评价该弹性颗粒的动态封堵能力和调剖效果。结果表明:油田储层普遍存在非均质性,该性质影响水驱剩余油的分布;水淹层内剩余油以非均质剩余油为主,多数存在于层内局部低渗部位,分布较为分散,其挖潜应以提高微观波及效率为主;弹性颗粒对喉道的封堵强度随粒径的增大先增大后趋于恒定,当颗粒粒径与喉道直径之比超过3时,颗粒在孔喉结构中发生破碎;封堵水淹层水流通道、挖潜层内剩余油时,选择粒径为3倍大孔喉尺寸的弹性颗粒,其效果明显。     

多孔介质中多相泡沫微观流动规律研究

通过微观刻蚀模型对泡沫、微球和多相泡沫体系在多孔介质中的微观渗流特征进行研究,结果表明:泡沫主要以变形、分割的方式通过多孔介质,且小气泡的运移速度要快于大气泡,其封堵具有叠加性;微球在多孔介质中以串状、长条状或团状聚集体存在,通过直接或变形的方式通过孔喉,以吸附、喉道处架桥和孔喉连接处堆积来形成封堵,但稳定性不强;多相泡沫体系中,微球吸附甚至包围在泡沫液膜表面,泡沫在微球的包围簇拥下向前运移,稳定性增强,对深部调剖封堵效果更好。     

微泡沫与普通泡沫注入性及调剖能力对比

针对普通泡沫注入性差、运移性弱的问题,将气体和起泡剂溶液同时注入填砂管发泡器制备出一种气泡微细的微泡沫体系。通过多测压点长填砂管和并联填砂管对比了微泡沫和普通泡沫注入性和调剖能力的差异,并借助微观非均质模型对比研究了微泡沫和普通泡沫的封堵机制及改善微观非均质能力。微观驱替实验表明,由于微泡沫气泡直径小于高渗区域孔喉直径,气泡受孔喉的约束较小,主要通过多个气泡叠加作用在高渗区域孔喉处形成堆积封堵,后续气泡以"直接通过"或"弹性变形"的方式流入低渗区域,少量气泡以"气泡陷入"方式封堵小孔喉,但高渗区域堆积的微泡沫易被冲散,导致其封堵强度较弱,调剖作用有限。与微泡沫相比,普通泡沫的平均气泡直径大于高渗孔喉直径,气泡通过孔喉时的流动阻力较大,封堵能力较强,气泡主要通过"弹性变形"和"液膜分异"作用进入孔喉。相同泡沫注入量条件下,普通泡沫微观调剖效果更好。微泡沫在填砂管沿程产生的压差分布较为均匀,其注入性和深部封堵能力优于普通泡沫,但其封堵高渗通道能力及耐水冲洗能力较弱,调剖能力弱于普通泡沫。     

高含硫气藏固态硫颗粒微观运移沉积机理

目前大多数硫沉积研究停留在宏观实验阶段,主要研究固态硫对储层的伤害,而固态硫颗粒在微观孔隙中的运移沉积机理尚未见报道.文中通过ICEM软件构建孔喉简化模型,运用Fluent的离散相DPM模型,模拟分析固态硫颗粒在孔喉中的微观运移沉积机理.模拟结果表明:固态硫颗粒在孔隙中的运移过程分为进入孔喉、通过孔喉、颗粒沉积3个阶段;运移过程中硫沉积率与气体中硫颗粒直径、孔喉直径、硫颗粒质量流量、压差等因素有关;以直径0.5 μm的固态硫颗粒为例,当孔隙直径为10 pm、喉道直径为5 pm时,硫颗粒沉积达到稳定,硫沉积率为4.42％.研究成果能为高含硫气藏硫沉积机理研究及防治提供依据.     

微观孔喉结构非均质性对剩余油分布形态的影响

选取塔里木盆地东河砂岩储集层4块不同孔隙结构类型的岩心开展水驱油扫描成像实验,通过图像处理对油、水、颗粒三相进行精准分离,并建立孔隙网络模型,计算孔喉数目、喉道半径分布等参数,实现定量表征微观孔喉结构非均质性、驱替过程中油相的运移规律、驱替结束后剩余油的分布与形态规律等。研究结果表明:宏观孔隙度-渗透率相同的岩心,其微观孔喉结构非均质性仍存在较大差异;宏观孔隙度-渗透率、微观孔喉结构非均质性均不同程度影响油相的运移与剩余油的分布形态,非均质性越强,水相主要沿优势通道渗流,剩余油成片状滞留在小孔隙内,驱替过程中形成的油簇(滴)的数量越多,平均体积越小,剩余油以簇状连续相为主且饱和度较高;非均质性越弱,孔喉波及效率越高,剩余油主要以非连续相滞留在孔隙内。微观剩余油分布形态与绝对渗透率、毛细管数、微观非均质性有关,由此建立的微观剩余油分布连续性识别图版,可以很好地描述三者与剩余油分布的关系并准确识别剩余油分布的连续性。     

柔性转向剂在多孔介质中的运移规律研究

由于油层非均质性和长期水驱,油水井之间形成了大孔道。大量注入水沿着大孔道无效循环,降低了水驱波及系数。矿场试验证明基于弹性变形通过孔喉的柔性转向剂SR-3,对大孔道实现了有效封堵,但其在地层运移规律及深部液流转向机理还需进一步深化。采用孔喉模型对SR-3在大孔道中的运移规律及其封堵大孔道产生的液流转向能力进行了实验研究。分析了喉粒径比、平均喉道长度、驱替液的注入速度对门槛压力的影响及SR-3颗粒的剪切破坏。结果表明SR-3可以变形通过窄小孔喉,在大孔道中产生沿程脉动阻力,实现深部液流转向,提高水驱波及系数。对一定孔隙,有最优喉粒径比,使SR-3在地层中平稳运移,实现深部液流转向。SR-3运移到地层深部是其提高波及系数和采收率的主要因素;SR-3的弹性变形有利于其运移到地层深部。     

孔喉结构对致密气微尺度渗流特征的影响

目前,关于孔喉结构对致密气微尺度渗流特征影响的研究较少,并且传统的数值模拟方法在研究微尺度流动时面临着诸多不适应。为此,从致密气藏实际的温度、压力及储层孔喉特征尺寸出发,研究致密气的流态及采用格子Boltzmann方法模拟致密气流动的合理性,在考虑微尺度效应、滑脱效应等因素影响的基础上,基于LBGK-D2Q9模型建立了致密气流动模型,并将该模型计算的结果同解析解及文献中数值解的计算结果进行对比,进而探讨了孔喉结构对致密气微尺度渗流特征的影响规律。研究结果表明:①当压力介于3～70 MPa、温度介于293.15～373.15 K时,克努森数(Kn)小于0.1,气体流态为滑脱流和弱连续流,采用LBGK-D2Q9模型模拟致密气流动是合理的;②流动通道的特征尺寸对Kn的影响远大于压力变化对其产生的影响,当孔喉比一定时,Kn沿喉道呈缓慢上升的趋势,且孔喉比越大,Kn上升的趋势越明显;③喉道的存在使得孔喉中压力的非线性分布特征显著,压力降主要处于喉道内,并且孔喉比越大喉道内的压降幅度越大;④压力的非线性分布使得气体的流动速度显著降低,从而降低了流动通道内气体的质量流量。结论认为,所建模型的模拟结果与解析解以及文献中DSMC、IP方法等数值解的计算结果吻合程度较高,证实了其可靠性;该研究成果揭示了致密气藏开发工程实践中"通缝扩喉"的重要性。