关键词： 海上油田   孔隙尺度   聚合物驱   加密开发   毛细管数   采出程度   微观渗流  

摘要： 海上油田SZ36-1油田Ⅰ期大井距聚合物驱试验区提高采收率幅度低于陆上油田的,含水率上升速度快,且连片状剩余油赋存量高。以增加驱替相黏度为核心的聚合物驱开发模式为基础,结合井网调控、提升驱替压力梯度的加密措施,提出聚合物驱与加密协同增效的开发模式。基于Cahn-Hilliard与Navier-Stokes方程,建立静态孔隙尺度聚合物驱数值模型,对水驱后聚合物驱过程进行数值模拟,分析压力梯度与黏度对聚合物驱开发效果的影响。结果表明:提高注入压力梯度和增加水油黏度比可以显著提升波及因数和洗油效率。压力梯度增加1.5倍,采出程度可提高22.2%;黏度比增加1倍,采出程度可提高4.8%。聚合物驱后新增波及区内压力梯度提升,结合化学剂增黏作用,综合动用连片状剩余油,实现聚合物驱与加密协同增效。流度控制作用与压力梯度增加对聚合物运移能力提升具有增效作用,为海上油田聚合物驱方案设计及提高采收率提供指导。

关键词： CO_(2)浸泡实验   VOF方法   两相流   数字岩心   PCFS技术   CO_(2)地质封存   油气开发   准噶尔盆地  

摘要： 准噶尔盆地玛湖凹陷具有巨大的油气开发潜力,但由于储层非均质性强、产量递减快。目前前置CO_(2)压裂-气驱-封存协同技术(PCFS)是砂砾岩储层强化开采的常用方法。为了研究前置压裂过程中CO_(2)-水-岩相互作用对孔隙结构的影响以及气驱过程中CO_(2)的运移规律,选取了玛湖凹陷砂砾岩岩心,开展了CO_(2)浸泡实验、高精度Mirco-CT扫描以及基于流体体积法(VOF)的3D数字岩心两相流数值模拟。研究结果表明:①CO_(2)-水-岩相互作用会导致砂砾岩孔隙结构发生溶蚀扩展,原本孤立的孔隙通道逐渐汇聚成为片状,从而扩大了CO_(2)团簇的波及范围。该过程也引发了二次矿物沉淀和膨胀,进而导致流动通道的堵塞或重组,改变流体在孔隙结构内的流动路径和速度,阻碍优势流道的形成。②CO_(2)浸泡导致孔隙空间溶蚀扩展所起到的积极作用要大于二次矿物沉淀和膨胀所引起的消极作用,增加渗透率,孔隙结构的渗流能力呈现出增强趋势。在不同流道中,CO_(2)团簇具有凸形和凹形等不同的驱替前缘形态。浸泡前、后代表性单元体(REV)模型无因次数(C_(a),θ,M)对驱替效率的影响程度不同。在浸泡后孔隙发育程度相对较高的REV模型中,驱替效率对无因次数(C_(a),θ,M)变化的敏感性较强,表明PCFS技术在孔隙发育程度较高的储层中具有更好的应用效果。

关键词： 宏观煤岩成分   低阶煤   孔隙特征   联合表征   分形维数  

摘要： 为探究低阶煤不同宏观煤岩成分孔隙特征差异,以黄陇侏罗纪煤田园子沟井田延安组低阶煤为研究对象,运用高压压汞试验、液氮吸附、二氧化碳吸附、核磁共振及扫描电镜等方法对比分析低煤阶镜煤和暗煤的孔隙特征差异。结果表明:镜煤微米级孔隙不发育,但是镜煤性脆,在内外应力作用下易发生破裂产生微裂隙,而暗煤微米级孔隙则相对发育,主要为原生纤维结构和胞腔孔,偶见原生屑间孔和气孔;暗煤的有效孔隙度明显大于镜煤,煤中部分孔隙是闭孔和不连通孔隙,暗煤孔隙的连通性优于镜煤;镜煤的孔隙体积和比表面积均大于暗煤,镜煤的微孔和裂隙发育,而暗煤的介孔较为发育;在相对压力小于0.5阶段,镜煤介孔的分形维数小于暗煤,镜煤孔隙表面比暗煤平滑;基于压汞法计算大孔的分形维数发现,在孔径50~1000 nm区间,镜煤大孔的分形维数大于暗煤,镜煤大孔结构更加复杂,在孔径>1000 nm区间,镜煤的平均分形维数小于暗煤,镜煤裂隙发育,渗流能力较强。研究成果对进一步认识煤的孔隙结构特征以及对煤层气的吸附解吸机理研究具有重要意义。

关键词： 热学计量   镍基合金泡沫   格子玻尔兹曼方法   渗透率   传热特性  

摘要： 以发汗冷却用镍基合金泡沫为研究对象,采用X-CT扫描技术重构获得其真实的微细观结构,基于多松弛格子玻尔兹曼方法(MRT-LBM),结合GPU加速技术,建立发汗冷却用镍基合金泡沫多孔材料的孔隙尺度导热-对流复合传热数值模拟方案。以空气为冷却介质,重点分析镍基合金泡沫在不同雷诺数条件下的流动传热特性。结果表明,镍基合金泡沫的流动存在明显的达西区、过渡区和强惯性区,临界雷诺数为1.36×10^(-1)。并且,随着雷诺数的增大,虽然流动阻力增大,但传热效率也明显增强。在达西区,传热由导热主导,而过渡区与强惯性区则以强迫对流为主导。综合传热因子与雷诺数呈正相关,即增大雷诺数可有效提高泡沫结构的综合传热性能。研究获得的镍基合金泡沫流动与传热特性,为提高发汗冷却效率提供了一定的理论支撑。

关键词： 深层煤岩气   全孔径联测   孔隙结构   龙潭组   四川盆地  

摘要： 近年来，深层煤岩气的研究成为热点，关于四川盆地二叠系龙潭组深层煤岩气储层孔隙结构的研究尚还较为薄弱。为此，以川中地区NT1井为例，选取深层煤储层岩心样品，结合煤岩物性、地球化学和孔隙结构分析的实验手段，表明四川盆地川中地区深层煤岩煤体结构以原生结构为主，割理发育，有机质含量高，物性好，整体煤岩煤质条件优。采用微米CT、扫描电镜、气体吸附法和高压压汞法等综合对深层煤储层孔隙结构进行多尺度定量表征，表明煤储层的储集空间主要由孔隙和割理裂隙组成，其中孔隙主要由一端封闭一端开放的半封闭型孔隙组成，有机孔面孔率占比高，微孔对于孔径分布的贡献率大，孔体积整体呈“哑铃状”分布，微孔孔体积占比高达87%，宏孔孔体积占比11%；孔比表面积整体呈“单峰态”分布，微孔占比达99%。深层煤岩气纳米级孔隙和微米级裂隙发育的特征共同控制着煤岩的含气性特征，初步明确孔隙结构对含气性的影响因素为煤岩煤质和孔径分布特征。

关键词： 多孔介质   孔隙尺度模拟   性能优化   流动   传热  

摘要： 为提高泡沫多孔介质的流动-传热综合性能，基于拉盖尔-沃罗诺伊镶嵌（Laguerre-Voronoi Tessellation，LVT）算法，建立了具有人工可控孔隙结构的LV开孔泡沫模型。采用经实验验证的孔隙尺度方法，对比分析了边界无封闭骨架（O-LV）和边界有封闭骨架（E-LV）两类LV泡沫的流动、传热及综合性能，并提炼了压降和传热关联式。结果表明，当径、轴向元胞数大于等于5层时，数值结果满足元胞独立性要求；相比传统陶瓷及L-K泡沫，LV泡沫具有更好的综合性能；在表观流速为0.1～5.0m/s范围内，增设封闭骨架能够有效改善壁面效应，且综合性能最大可提升6.0%～9.3%；两类LV泡沫关联式均具有良好的预测精度(R2≥0.98，MAPE≤27%)，其孔隙率和雷诺数适用范围分别为0.529<0.967，14h<3835和0.614<0.970，15h<4487。在此基础上推导出了LV泡沫综合性能表达式，由孔隙率和雷诺数即可预测其综合性能，为高效吸热器及反应器的进一步设计提供参考。

关键词： 相变储能材料   胶囊型   孔隙尺度   大涡模拟   堆积床  

摘要： 随着全球能源需求的增加和环境问题的日益严峻,开发高效储能技术尤为重要。基于孔隙尺度,应用大涡模拟对双层级联式胶囊堆积结构填充床系统的相变储热过程进行了模拟;探讨不同熔点和物理性质的相变材料在该结构中的温度、流线及涡量分布情况,分析了在不同入口速度下胶囊型堆积结构的热特性,并通过实验结果对模拟进行了验证。模拟结果表明:储热过程中,堆积结构间隙流场和涡量场表现出显著动态特征;在孔隙尺度下可观察到,相变导致流线弯曲和涡旋形成,使得局部速度升高;相变完成后,流场和涡量趋于稳定,低涡量区占据大部分区域;最后,引用Q准则分析流体中的涡结构,得出高强度涡旋主要集中在靠近罐壁处。

关键词： 多孔介质   颗粒滞留   时空分布   流场   可视化  

摘要： 油气田开发是典型的多相渗流过程,在长期并持续的开发过程中,注水、气驱、化学驱及压裂等技术都会导致携带来的矿物颗粒及储层内原有喉道的砂体颗粒逐渐松散并脱落,造成储层孔隙中的迁移及堵塞,继而影响储层的动用及最终采收率.因此,研究悬浮颗粒在多孔介质中迁移与滞留过程及流场特征有重要意义.然而,现有针对悬浮颗粒在多孔介质中迁移与滞留的研究主要关注颗粒的迁移和滞留对渗透率的损害,没有体现颗粒运移的过程,也不能反应孔隙网络中颗粒堵塞和流场变化的关系.为探究悬浮颗粒在多孔介质内的流场特征,本研究利用微观可视化模型及微观粒子图像测速技术(MicroParticle image velocimetry,简称为Mirco-PIV)分析了在二维孔隙网络中悬浮颗粒的滞留特征及相互关系,并揭示了流场的变化规律.实验结果表明,初期主通道流速更高,但由于主通道颗粒滞留量(6.5μg·μm^(-2))比边界区更多(2.4μg·μm^(-2)),颗粒续注入导致主通道流速降低,扰乱原有流场导致“斑”状流场出现,也使主通道(110μm·s^(-1)降低至41μm·s^(-1))在中期流速低于边界区(67μm·s^(-1)降低至45μm·s^(-1)).这也表明高流速区更有效的输运了颗粒.滞留的分布特征观察到主要滞留在了边壁附近,较高浓度条件下还会在主通道内产生聚集现象,这些都导致了对孔隙的有效封堵.本文首次提供了颗粒和流场互动过程,给出二维孔隙条件下可视化的直接的证据.此外,本文还得出了颗粒分布特征,并总结出滞留靠近边壁、流动有效半径变窄及主通道高浓度的聚集问题,是导致封堵的核心机理,为进一步颗粒滞留理论的完善提供参考.

关键词： 超临界CO_(2)   页岩   微观孔隙结构   多尺度分形   低温气体吸附   核磁共振   CCUS  

摘要： 为明确超临界CO(2 ScCO_(2))对页岩微观孔隙结构的影响机制,以鄂尔多斯盆地延长组73亚段(长73亚段)页岩为研究对象,在有机地球化学和矿物组成分析的基础上,采用低温气体(CO_(2)、N2)吸附实验和核磁共振(NMR)扫描方法,结合多尺度分形理论,全面分析了页岩微观孔隙结构的变化规律及多尺度分形特征,详细阐明了ScCO_(2)对页岩孔隙结构的微观作用机制。研究结果表明,ScCO_(2)作用后,页岩样品的总有机质(TOC)含量下降,石英含量增加,而黏土矿物和长石含量减少。相比于温度变化,TOC及矿物组分对压力变化的敏感性更高。此外,页岩孔隙主要分布在对比表面积贡献较大的微孔(0~2 nm)和中孔(2~50 nm)范围内,大孔(>50 nm)的数量较少,但其对总孔体积的贡献显著。ScCO_(2)作用后,页岩样品的总比表面积减少,而总孔体积、平均孔径和有效孔隙度均增大。其中,总比表面积和平均孔径对温度变化较为敏感,而总孔体积和有效孔隙度则受压力影响显著。同时,页岩孔隙表现出多尺度分形特征:微孔具有较高的分形维数,而中、大孔的分形维数较低。ScCO_(2)作用后,各尺度分形维数均呈下降趋势,表明页岩样品孔隙结构的复杂性得到改善。微孔分形维数与TOC含量呈显著正相关,而中大孔分形维数与石英、黏土矿物含量的相关性更强。由此可知,页岩矿化特性的变化是影响微观孔隙结构的内在因素,ScCO_(2)作用条件则是重要的外在因素,两者共同作用决定了页岩孔隙结构的演变过程。研究成果为碳捕集、利用与封存的优选层段提供了重要的科学依据和实际指导。

关键词： 海陆过渡相   山西组   页岩储层   煤岩储层   全尺度孔隙结构  

摘要： 海陆过渡相页岩与煤岩的储层孔隙结构差异性对非常规油气勘探开发具有重要意义。以鄂尔多斯盆地大宁—吉县地区山西组山23亚段为例，系统开展了页岩与煤岩储层全尺度孔隙结构的表征与对比分析。利用FE-SEM、高压压汞、N2及CO2吸附实验，并结合TOC与XRD分析，探讨了有机质与无机矿物对不同尺度孔隙结构的控制作用。研究结果表明：页岩TOC平均值为4.69%，有机孔、无机孔及微裂缝均发育，其中，有机孔最常见，多以密集、成群发育；煤岩TOC平均值为74.22%，有机孔是最主要的孔隙类型，直径显著大于海陆过渡相页岩和海相页岩。页岩的微孔、介孔和宏孔对总孔体积均有贡献，有机质是微孔发育的物质基础，黏土矿物的相互转化对介孔和宏孔发育具有重要促进作用；煤岩中以微孔和宏孔为主，有机质是影响孔隙发育的最主要因素，且较高的TOC承载了直径更大有机孔。本研究从微观尺度全面揭示了海陆过渡相页岩与煤岩储层孔隙结构的异同，为非常规油气资源的精准评价与开发提供了科学依据。