致密油纳微米孔隙介质内液体输运特性研究

发布时间：2020-06-15 09:22

【摘要】：致密油基质为纳微米尺度孔隙介质,结构复杂,流动阻力大,使致密油开采难度大。目前对致密油基质内液体输运特性的研究通常采用实验测试和经验假设模型,很少从微观基础理论角度阐释其基本规律。因此,本文从简单的纳微米圆管出发,考虑了纳微尺度下的液固作用力,流体在纳微尺度下的独特性质,并结合孔隙网络模型分析孔隙结构对纳微米孔隙渗流规律的影响。首先推导了纳微尺度下的长程Lifishitz范德华力的形式,并对范德华力作用下微可压缩液体、电粘滞力作用下宾汉液体的流动展开研究,建立流体动力学基本方程,采用涡流函数变换、正则摄动法等数学方法,求得液体流动速度的近似解析解,主要结果为:液体与纳微米圆管壁面间的Lifishitz范德华力单独作用时不会影响流速,但同时考虑液体的微可压缩性时会降低流速,增大阻力系数。液体的宾汉塑性和电粘滞力共同作用会造成速度的耦合降低,主要体现在流核宽度变大,电场强度变小。进而建立了综合考虑范德华力、电粘滞力、微可压缩性和宾汉特性时的纳微米圆管非线性速度模型,分析各因素间耦合作用对速度-压力曲线、微尺度效应等的影响,结果显示速度-压力曲线呈现具有启动压力梯度(TPG)的非线性特征,且出现可动流体下限(Rm)。非线性和TPG由宾汉塑性产生,范德华力和微可压缩性会增加TPG,电粘滞力会加剧非线性程度。可动流体下限(Rm)由宾汉特性和范德华力作用下的微可压缩性共同作用产生,驱替压力梯度大于20MPa/m时,主要受后者共同作用决定。基于此提出一种纳微米圆管内新的非线性流动速度模型和Rm、TPG的计算模型,计算的可动流体下限范围为10-30 nm,能够较好的吻合当前不同岩心的实验测试值。采用Matlab软件编制三维孔隙网络模拟程序,将考虑长程范德华力、电粘滞力和微可压缩性的纳微米圆管速度模型引入三维孔隙网络模拟。分析液体单相及水驱油两相在纳微米孔隙介质内的渗流特征,揭示液固作用力、流体性质及孔隙结构的耦合影响。结果显示:考虑液固微观力和微可压缩性的作用,单相液体渗流的流量明显降低,平均喉道半径越小,其影响越显著;水驱油两相渗流的见水点会推迟,这是液固作用力和微可压缩性阻力作用的体现。说明在实际的纳微米尺度孔隙介质流动中,需要充分考虑液固作用力和流体性质及孔隙结构对流动的影响,以期为致密油的开发提供理论指导。
【学位授予单位】：郑州轻工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TE312
【图文】：

密油储层基质中的渗流特征明显不同。很多优秀的前辈科学家通过大量的渗流实验，表明渗流特征呈典型的非线性，即流动速度低于达西速度、或出现启动压力梯度、或在较小压力时出现非线性段，其流动曲线可用图1-1表示。可以看出，单相液体在纳微米多孔介质内的流动显著偏离达西线性定律。因此许多学者从不同角度出发，提出不同的渗流模型，描述这种非线性规律，部分总结于表1-1。可以看出，渗流模型不断的被完善和发展，新模型具有简单的连续函数形式，可表征各种渗流规律，各参数具有更明确的物理意义。建立新模型的角度从简单的描述流动曲线，修正达西定律；到进一步结合非线性内在原因及现象，从微圆管束及边界层出发建立流动模型。新模型也对启动压力展开了一些讨论

图 2-1 液体分子与通道壁面间的范德华力示意图：（a）俯视图，（b）主视图-1 The force interaction between a liquid molecule with the surrounding solid cylindri(a) the vertical view, (b) the front view.76cos( )Cr= θ76sin( )vC= θ

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本文编号：2714212