低滲透孔隙中油水兩相滲流的微流體學機理研究

《低滲透孔隙中油水兩相滲流的微流體學機理研究》是依託西安交通大學，由劉磊擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：低滲透孔隙中油水兩相滲流的微流體學機理研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：劉磊
• 依託單位：西安交通大學

中文摘要

低滲透現象是非常規油藏的重要特徵之一，低滲透孔隙中油水兩相滲流的微流體學機理關係到非常規低滲透油藏的高效開發。本課題針對低滲透孔隙中孔道與喉道的特徵幾何尺度，套用微蝕刻技術、顯微攝像技術、微尺度多相流測試技術以及可捕捉相界面的兩相流數值模擬方法，研究微米級尺度的油水兩相微流動及其影響因素，量化分析粘性阻力、油滴變形阻力等力學因素在微流動阻力中的權重，確定低滲透過程的主要能量耗散環節；重點解決壁面潤濕性與油水界面張力的互動作用如何影響油水兩相微流動的相態，以及油滴在微米級喉道處的變形阻力、動力學弛豫等關鍵科學問題；將巨觀滲流參數與微流動參數相聯繫，探索相對滲透率與微流動相態、粘性阻力、油滴變形阻力等微流動參數的基本關係。研究成果可以對低滲透孔隙中油水兩相滲流的相態機理與可變形顆粒動力學機理提出新見解，在多相微流體學與滲流力學的交叉領域提出新理論，為非常規低滲透油藏的高效開發提供科學依據。

結題摘要

低滲透現象是非常規油藏的重要特徵，低滲透介質的滲流通道是帶有孔喉結構的微通道，其中油水兩相滲流的微流體學機理對低滲透油藏的高效開發有重要意義。本項目採用微尺度多相流測試技術和數值模擬方法，研究油水兩相的微流動與滲流，設計並建立了擁有專利技術的試驗裝置，採用微流體技術加工了不同尺寸、帶有孔-喉結構的微通道，採用差壓比較法測量了微通道中油水兩相的阻力特性，採用顯微攝像技術觀測了油水兩相的微觀流型。將微流動與岩心滲流進行了對比，發現微通道中的孔-喉結構是油水兩相滲流存在啟動壓力梯度的主要微觀因素，揭示了低滲透孔隙啟動壓力梯度等巨觀滲流現象的微觀機理。套用多相微流體學理論對微流動相態的影響因素進行了量化分析，揭示了雷諾數、泊肅葉數、潤濕性、界面張力以及微尺度等參數對油水兩相微流動的影響效果，研究結果為解決壁面潤濕性與油水界面張力的互動作用如何影響油水兩相的微流動相態等關鍵科學問題提供了實驗依據。研究了喉道間距對油水兩相微流動的影響以及油滴在喉道處的變形阻力，提出了微喉道局部阻力損失預測模型，揭示了低滲透孔隙中油水兩相滲流的微流動相態機理和可變形顆粒動力學機理。對20微米至200微米範圍的微通道，在不同接觸角條件下採用數值模擬方法研究了油段塞的流動過程，發現了潤濕性不僅影響油段塞的形狀以及流型，還能促進兩相微流動的減阻；若油接觸角小於30度，此時壁面潤濕性為強親油性，致使油段塞消失而形成附壁油膜，段塞流轉變為環狀流。將達西滲流定律與兩相流分相模型相結合，建立了油水兩相滲流單元模型。通常認為油水兩相的相對滲透率之和小於1，而本項目的實驗結果和滲流單元模型都表明，油水兩相的相對滲透率之和在某些條件下可以大於1，該結論是對傳統理論的突破，也是對滲流問題的新認識。本項目已獲得的研究成果在微流體學與滲流力學的交叉領域提供了新知識和新見解，對非常規低滲透油藏的高效開發有重要的科學意義。