低渗透储层中氮气的微尺度流动及其对渗流的影响

从气体在低渗透储层微米量级孔喉中的微尺度流动规律研究入手,探讨低渗透储层中气体的非线性渗流机理.实验研究了气体(N2)在内径为2.05～10.10μm微管中的流动规律.结果表明:气体在微管中的流动具有明显的微尺度效应,表现为实测流量大于经典流体力学理论预测流量;管径越小,流动压力越小,微尺度流动效应越强,实测流量与预测流量的偏离越显著.根据微管实验数据,结合毛管束模型,研究了气体微尺度流动效应对渗流的影响.结果表明:考虑孔喉中气体的微尺度流动效应后,低渗透多孔介质中气体的渗流具有非线性特征,表现为视渗透率随流动压力的减小而增加;多孔介质平均孔喉直径越小,视渗透率随压力的变化越明显.     

致密多孔介质中气体非达西现象的LBM模拟

针对气体在致密多孔介质中低速渗流时,其渗流规律在渗流曲线的低压段表现出对达西定律线性关系的偏离,存在着非达西现象。采用格子Boltzmann方法,研究气体和多孔介质的特性对气体渗流Klinkenberg效应的影响因素。结果表明:在气体渗流曲线的低压力梯度段,随着气体黏度系数、净围压、渗透率和孔隙率的变小,渗流曲线的非线性临界点向压力梯度增大的方向移动,对达西定律线性关系的偏离更明显。说明在低渗和低压情况下Klinkenberg效应不能被忽略,气体黏度系数和孔隙率对Klinkenberg效应作用有影响;当净围压或渗透率很大时,气体渗流流量和压力梯度符合达西定律线性关系。     

微圆管中纳微米聚合物流动规律

 针对低渗透油藏储集层孔道微细、孔隙结构复杂等特点,采用管径为20、15、10 μm的微圆管,以纳微米聚合物颗粒溶液为流动介质,研究微圆管中流体微观流动规律,分析纳微米聚合物颗粒溶液的实验流速与压力梯度的关系,研究纳微米聚合物颗粒溶液在窄小孔道中微尺度效应下的微观流动规律,明确在微管内所受微观力和流体动力学特性。研究表明：随着微管内径的逐渐减小,纳微米聚合物溶液的流速均明显减小;随着纳微米聚合物颗粒尺寸和溶液质量浓度的增加,流体流速逐渐降低;实验压力范围内,纳微米聚合物流速与压力梯度基本呈线性关系;微管管径越小,颗粒粒径越大,非达西流动特征越显著。     

低速非线性流动特性的实验研究

实验研究了去离子水在内径为5μm和2μm微圆管中的流动特性,并回归得到了边界层水膜厚度随剪切力的变化公式。实验结果表明,典型牛顿流体去离子水在5μm和2μm微圆管中表现出不同程度的非线性流动特性,管径越小,其非线性流动特性越强;微圆管的视渗透率不是常数,而是随压力梯度的增大而增大并最终趋于理论值;有效流动横截面积随压力梯度增大而增大;边界层是导致低速非线性流动特性的主要因素之一。     

微裂缝对致密多孔介质中气体渗流的影响机制

采用考虑正则化过程的微尺度格子Boltzmann模型研究微裂缝对致密多孔介质中气体渗流的影响机制。首先采用漫反射滑移边界条件,并考虑正则化过程构建适用于高努森数下多孔介质中气体流动模拟的微尺度格子Boltzmann模型,基于该模型进行二维裂缝性致密多孔介质中的气体流动模拟,研究微裂缝对致密多孔介质中气体渗流的影响,并构建二维并联孔隙模型模拟揭示微裂缝对致密多孔介质气体渗流的影响机制。结果表明:微裂缝的存在能够明显提高致密多孔介质的渗透率,且连通性裂缝的影响更明显;随着压力的升高,微裂缝提高致密介质气体渗透率的作用增强,随着压力减小,基岩与裂缝中的气体流速差别减小,基岩对多孔介质渗透率的贡献增加,当压力极大或极小时,裂缝与基岩中平均流速比趋于定值,微裂缝的影响趋于稳定;微裂缝能够提高致密多孔介质渗透率的主要原因是在压降方向上微裂缝与基岩形成了并联高渗通道。     

边界层流体对低渗透油藏渗流特性的影响

以去离子水在半径为2.5μm和1.0μm微圆管中流动的实验结果为基础,拟合得到去离子水在微圆管中的有效流动半径公式和基于边界层流体的不同半径毛管束视渗透率公式,并比较了视渗透率与理论渗透率之间的关系.研究结果表明:随着管径尺寸的减小,边界层流体对渗流特性的影响变大;边界层流体厚度是压力梯度的函数,并随压力梯度的增加而按指数规律递减;毛管束视渗透率随压力梯度增大而增大,并最终趋近于理论值.边界层流体是导致低渗透油藏非线性渗流特性的主要因素之一.     

低渗透多孔介质变渗透率数值模拟方法

 根据流体在低渗透多孔介质中的渗流特征,建立了低渗透多孔介质数学模型,通过引入无因次渗透率变化系数描述低速非达西渗流规律,并基于黑油模型数值模拟系统,开发了低渗透多孔介质变渗透率数值模拟软件。采用矿场实际数据,分别使用达西渗流、考虑启动压力梯度为常数的拟线性渗流和变渗透率渗流模型,对五点井网进行模拟计算,对比分析了不同渗流规律下的油井产油量、含水率、含油饱和度及不同时间的地层渗透率分布。结果表明,变渗透率渗流模型计算的油井产油量、含水率和含油饱和度分布介于达西渗流和拟启动压力梯度渗流模拟结果之间,油水井附近地层渗流能力强,远离主流线地层渗流能力弱;井距越小,地层渗流能力越强;流体在低渗透多孔介质的渗流过程中,达西渗流仅发生在井筒附近小面积区域内,地层大部分区域发生变渗透率渗流,且占据了地层渗流的主导地位,变渗透率数值模拟方法弥补了其他方法未考虑渗透率变化因素的不足,变渗透率数值模拟软件能够更准确地预测流体在低渗透多孔介质中的流动特征。     

颗粒床孔隙率与渗透率的关系

孔隙率和渗透率是土壤科学,能源动力工程,化学工程,土木工程以及环境工程研究中的基本物性参数。采用小流量和低压差实验研究了非固结颗粒床的渗透率和孔隙率关系。研究表明,给定颗粒介质的渗透率ｋ与孔隙率的关系是唯一确定的;流量和压差成正比的达西渗流定律和通常的层流流动规律表现出一致性,但发生在毛细多孔介质内的渗流流动并不同于常规的槽道流动。渗透率不是颗粒或流道几何尺度平方的函数。对粒度ｄ为１００～４５０μｍ,粒径比为１．２５∶１的窄筛分砂土的渗透率建议采用如下带单位的公式计算：ｋ／μｍ２＝１．７２×１０４（ｄ／ｍｍ）１．４６５４．６９。     

低渗气层气体的渗流特征实验研究

通过大量的岩心实验，研究了陕甘宁中部低渗气田某储层岩心中存在残余水时气体的渗流规律．研究表明，低渗岩心中气体的流动存大多种渗流形态，这与低渗岩心的渗透率、含水饱和度以及压力梯度的大小有关．当含水饱和度较低时（小于３０％），仅在一定的压力梯度范围内存在达西渗流．当含水饱和度较高时（大于３０％至束缚水饱和度以下），气体的渗流存在非达西渗流的现象．这种非达西流动表现为在较低的压力梯度下为非线性流动，而在较高的压力梯度下为线性流动，即气体的视渗透率随压力梯度的增加而增加，至一定值后，视渗透率基本保持不变，但此时气体的流动规律同达西线性流相比，气体的流动存在附加压力损失．文中还初步分析了低渗岩心中气体流动存在多种渗流形态的原因及其存在的范围．     

多孔介质中微观力的作用及渗流模型

在现有微尺度流动实验和理论认识的基础上,建立了包含范德华力、静电力、空间位型力、表面张力等微观力的特性方程,分析了影响多孔介质中流体流动的微观力种类和作用范围.通过建立考虑微观力作用的圆管流动数学模型,构造了考虑微观力作用的多孔介质的毛管束网络数学模型,推导了考虑微观力作用的相对渗透率模型.通过模拟分析阐明了微观力在多孔介质壁面上的作用及对渗流的影响.模拟结果表明微观力在细小孔隙流动中不可忽略.     

非达西渗流效应对低渗透气藏直井产能的影响

由于低渗透气藏普遍具有低孔、低渗、高含水特征,导致其气体渗流表现出明显的非达西渗流效应,如应力敏感效应、启动压力梯度及滑脱效应。鉴于此,基于Forchheimer二项式渗流方程,引入新的拟压力函数,推导出综合考虑应力敏感效应、启动压力梯度及气体滑脱效应共同影响下的气藏直井产能模型。并以某低渗透气藏为例,研究这些效应对其产能的影响程度。结果表明:应力敏感效应比启动压力梯度、滑脱效应对直井产能的影响强烈得多;应力敏感使气井产量最大可下降49.46%;启动压力梯度使气井产量平均可下降3.09%;气体滑脱效应使气井产量平均可增加2.58%。     

非线性流下井筒压降影响的水平井产能分析

 大量研究表明,气体渗流受到启动压力梯度、滑脱效应、应力敏感等因素影响,针对气藏的特征,基于稳定渗流理论,在考虑气体高速非达西渗流的基础上,通过气藏渗流与井筒流动耦合,推导建立同时考虑滑脱效应、启动压力梯度、应力敏感等因素共同影响的气藏-水平井井筒耦合模型,并通过实例分析研究了各因素对井筒流量分布的影响.研究结果表明：非线性流特征对井筒流量在井筒跟端分布影响较大;井筒管径越小,绝对粗糙度越大,在靠近水平井的趾端部分井筒流量减小幅度越大,而在靠近水平井的跟端部分井筒流量上升幅度越大;非均质性越强,水平井长度越长,井筒中流量减小幅度越大.     

特低渗油藏考虑启动压力梯度的物理模拟及数值模拟方法

从流体在低渗透多孔介质中的渗流机理出发,通过室内基础实验和基础理论研究,以及物理模拟和数值模拟方法,运用流体边界层理论,分析了由于启动压力梯度的存在而使得低渗储层产生非达西渗流的机理和规律,建立了描述低渗油气非达西渗流模型,并对特低渗长庆油田某区块一个菱形反九点注采井网进行了实例模拟计算。结果表明,启动压力梯度的存在不但降低了低渗透、特低渗透油田的开发指标,而且还增加了开采难度。增大注入率、缩小井距可以在某种程度上降低启动压力梯度的不利影响。     

页岩气藏流固耦合数学模型

页岩层是超低渗透率的储气层,页岩气藏开采过程中流固耦合效应表现明显.基于渗流力学和Biot固结理论,综合考虑页岩气藏储层的启动压力梯度,页岩气渗流过程中的解吸附,建立了一个适用于滑脱流、孔内扩散等页岩基质孔隙内所有气体流态形式的流固耦合数学模型.页岩气开采流固耦合数学模型包含了气体渗流和页岩变形相互作用的耦合项,必须进行耦合求解.使用显式迭代编制相应程序求解其数值解,计算结果表明,考虑流固耦合和不考虑流固耦合对页岩气开采过程中压力分布影响较大,考虑流固耦合情况下,压力降低趋势比不考虑耦合情况下要快,更符合实际开采情况.流固耦合现象对页岩气渗流过程影响较大,页岩气开采过程中必须考虑流固耦合影响.     

有启动压力梯度渗流的数学模型

围绕低渗透问题和Bingham流体渗流问题，从推广的达西定律入手，详细推导了其渗流控制方程，讨论了初始条件和各种边界条件．并且考虑到表皮效应和井筒储集常数，引入有效井筒半径，将控制方程和边界条件无量纲化，建立了有启动压力梯度渗流问题的数学模型，为有启动压力梯度油藏开采提供理论依据．并给出了无网格方法的数值模拟结果．     

考虑压敏效应的低渗透油藏非线性流动特征(英文)

基于低渗透油藏非线性渗流速度函数导数的连续性,推导了实数域内低渗透油藏的非线性运动方程,确定了低渗透油藏视渗透率和视拟启动压力梯度的数学表达式,并论证了渗流速度函数导数连续与渗透率变化连续是相容的;建立了考虑压敏效应的低渗透油藏油井定产量生产时的非线性渗流数学模型;鉴于数学模型的强非线性,采用高效的有限差分Douglas-Jones预估校正法求得了其数值解,并与全隐式有限差分法所求数值解进行对比验证了解的正确性.结果分析表明:非线性运动方程和拟线性运动方程对应的瞬时无因次井底压力双对数曲线初期存在"拐点",拟线性运动方程对应双对数曲线的"拐点"更为突出;渗透率模数主要影响曲线后半段,其值越大,压力下降越剧烈;低渗透油藏非线性渗流存在动边界;拟线性流动动边界的传播速度比非线性流动的要慢.     

煤层气在低渗透储层中传输非线性规律研究

考虑气体滑脱效应条件下，建立了煤层气在低渗透储层中渗流的数学模型，采用Laplace变换和留数计算方法进行解析求解，得出了气体非线性渗流的压力分布规律，并将其与达西渗流条件计算的结果进行对比分析，结果表明：滑脱效应对气体非线性渗流过程有较大影响，且随着抽气量的增大，其差别越明显。因此，在低渗透储层中进行煤层气资源化开发计算时，应充分考虑到气体滑脱效应对气体渗流的影响。这不仅对于可为煤层气资源开发潜力的评价和开发工程方案的优化提供科学决策依据，而且对于低渗透油气藏工程开发过程中水平试井数据的确定具有重要的参考价值。     

低渗透气藏低速非线性渗流数值模拟研究

大量实验表明,低渗气藏流体在低速渗流时不仅要克服启动压力梯度,而且还受到气体滑脱效应的影响。基于低渗气藏的这一渗流特征,建立了考虑启动压力梯度和气体滑脱效应的低渗低速非线性渗流数学模型及其有限差分方程,并编制数值模拟软件,对比研究了四种情况：(1) 不考虑启动压力梯度和气体滑脱效应;(2) 仅考虑启动压力梯度;(3) 仅考虑气体滑脱效应;(4) 考虑启动压力梯度和气体滑脱效应。数值模拟结果表明：情形(3)的累计产量最高,情形(4)次之,情形(1)第三,情形(2)最低。这一结果说明启动压力梯度和气体滑脱效应对低渗气藏的生产影响很大,由此证明了模型的正确性和适用性。