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： 煤储层   孔裂隙分析系统   多尺度孔隙   多重分形   条湖—马朗凹陷   三塘湖盆地  

摘要： 三塘湖盆地侏罗系西山窑组中下部巨厚煤层分布广泛,然而目前对于巨厚煤层孔隙特征的研究较少。为精细表征盆地条湖—马朗凹陷煤储层孔隙特征,以西山窑组9-1和9-2煤为研究对象,通过高压压汞、低温液氮吸附、核磁共振、CT扫描、扫描电镜等实验手段和孔隙—裂隙分析系统(PCAS)探究其孔隙发育特征。结果表明,两煤分层煤样表面形貌差异较大,9-1煤表面含有大量矿物晶体颗粒,气孔、角砾孔、摩擦孔以及微裂隙发育,孔裂隙拓扑结构明显,9-2煤具有明显的原生纤维结构,裂隙规模小而分散。两煤层孔隙结构分形特征差异明显,9-1煤比9-2煤非均质性更强,液氮吸附曲线属于Ⅱ型,存在H4型曲线滞后环。9-2煤微孔和小孔分维值分别为2.53和2.63,复杂程度更高,渗流孔连通性更强。煤样多重分形特征表明,小孔径孔隙分布较集中,分布范围较小,该孔径段非均质性更强,其中9-1煤孔径分布集中性更强,孔径分布间隔相对更均匀。采用联合表征煤样全尺度孔径分布特征,9-2煤总孔容大于9-1煤,大孔体积占比最大,分别为47.97%和44.48%,其次为中孔和小孔,微孔占比最少;微孔对两煤层孔比表面积贡献最大,分别为62.67%和58.43%;9-1煤各孔径的孔容贡献率与孔径大小呈正相关,而孔比表面积与孔径大小呈负相关。

关键词： 高通量水洗   岩心驱替实验   微流控实验   孔隙尺度   微观剩余油   赋存机理  

摘要： 东濮老区注水开发近40 a,已进入高含水剩余油高度分散阶段,因此需明确不同渗透率储层高通量水洗后微观动用规律及机理,以指导高含水油田开发策略调整。文中综合高通量水洗油岩心实验、微流控实验及微观流动模拟,明确了不同渗透率储层高含水阶段的驱替特征,揭示了高通量水洗中剩余油的微观赋存状态及动用机理。结果表明:渗透率大于50×10^(-3)μm^(2)的储层在高通量水洗阶段(岩心尺度30~1000 PV)驱油效率可进一步提高7.50百分点以上,微观波及范围变化不大,主要通过水力冲刷、润湿剥离动用水驱流线控制孔喉内的膜状、滴状等剩余油类型;而对于渗透率低于50×10^(-3)μm^(2)的储层,受孔喉尺寸以及连通性的影响,进入高含水阶段水驱微观波及范围有限,高通量水洗难以有效动用剩余油,宜在主流线达30~50 PV时转变注水开发方式。

关键词： 注水压力   临界孔隙尺度   沟通孔隙率   视密度   水分增量  

摘要： 为研究不同注水压力下煤层注水水分增量,基于压汞实验测定的沟通孔隙率及孔径分布规律,结合接触角及表面张力测定结果,对鲁中地区某煤矿煤样的临界孔隙尺度进行计算,基于临界孔隙尺度推导出不同注水压力下的水分增量计算公式。研究表明:该煤矿煤样沟通孔隙率为4.2117%,微孔所占总孔隙体积比例较大,占49.40%,注水较为困难;推导出水分增量与煤样沟通孔隙率、视密度及大于临界孔隙尺度孔隙的累计体积相关的函数;实测表明,水分增量与基于临界孔隙尺度的计算结果基本一致,说明利用临界孔隙尺度来计算一定压力下的煤层注水的水分增量是可行的。

关键词： 颗粒半径   三相流动   孔隙尺度   滞留水   油水交互驱替  

摘要： 为研究介质结构及油水交互驱替对多孔介质中多相流动的影响,本研究在孔隙尺度下对不同颗粒半径多孔介质三相流动以及水位波动进行模拟。研究表明:(1)不良级配多孔介PCE驱替速度大于良好级配多孔介质驱替速度。颗粒粒径均值越大,驱替结束时PCE的饱和度也越大,但PCE体积分数受其影响程度越来越小。(2)颗粒平均粒径越大,滞留在多孔介质中的水相和气相由附着在圆形颗粒表面转变为滞留在孔隙喉道中,滞留相的形状变得更加规则。(3)随着油水交互驱替次数的增加,油驱结束时多孔介质中油相体积占比不断增加,水相和气相体积占比不断减少,滞留在多孔介质中的水相也变得更加分散。本研究从微观尺度揭示了多孔介质三相流动的微观机理,为后续研究提供参考。

关键词： 多相反应   传递过程   多孔介质   固体溶解   格子Boltzmann方法  

摘要： 多孔介质中多相流-溶质输运-化学反应-固相演变的多场耦合反应输运过程对于许多科学和工程问题至关重要。建立孔隙尺度多相反应输运模型,研究了优势通道对多孔介质中多相反应输运过程的影响。结果表明,相比于单相反应输运过程形成沿优势通道扩展的虫洞,两相流的存在会改变传质路径,当非反应流体增多时,会封堵优势通道,抑制横向传质,导致虫洞溶解消失,固体溶解突破延后。此外,两相流的存在会使可供反应界面长度减小,平均反应物浓度在溶解突破后显著增大。

关键词： LBM   海上低渗油藏   孔隙尺度   混相程度   烃气驱  

摘要： 海上低渗油藏水驱后孔隙中仍存在大量剩余油,采用烃气驱可进一步提高采收率,但动用机理尚不明确。以南海北部湾海域涠洲12-1油田为研究对象,根据铸体薄片实验结果抽提孔隙特征,利用格子玻尔兹曼微观孔隙尺度模拟方法,开展了水驱后烃气驱微观模拟,探究水驱后剩余油分布特征、烃气驱对剩余油的动用机理及不同气驱方式对驱油效果的影响。结果表明:水驱后孔隙中剩余油主要以并联孔道、膜状、盲端孔隙、小孔喉盲端孔隙等形式赋存;注入烃气可通过溶解萃取、原油膨胀、改善流道等动用剩余油,提高波及系数;烃气与原油混相时,气体突破时间延后25.29%,波及系数提高24.87%;不同注气方式中水气交替驱替效果最好,注入水可有效封堵高渗通道,提升注入气利用率,以1:1的水气段塞时注入气利用率可提升41.43%。该研究对海上低渗油藏水驱后烃气驱开发具有理论指导意义。

关键词： CO_(2)驱油   多孔介质   孔隙结构特征   混相   采收率  

摘要： CO_(2)混相驱替是低渗透油藏开发的重要方式,明确多孔介质的复杂结构、流体物性及注入参数对驱替效果的影响是低渗透油藏CO_(2)开发的理论基础。耦合流体运动方程与对流扩散方程,建立混相驱替数学模型。利用随机四参数生长法建立2种不同结构的岩心孔隙,开展复杂多孔介质内CO_(2)混相驱替模拟研究。通过对比不同孔隙结构下CO_(2)浓度变化规律、剩余油的形成及分布情况,分析黏度差异、密度差异、注入速度对两相渗流行为的影响,得出了黏度影响下不同孔隙结构的产量图版以及不同注入速度下浓度、黏度变化趋势图版,明确了孔隙尺度下CO_(2)混相驱替特征。研究结果表明:①混相驱替过程受孔隙结构影响,产生4种类型的剩余油:盲端剩余油、簇状剩余油、隔断剩余油、岩石骨架尾部剩余油及油膜。②不同孔隙结构下CO_(2)黏度对驱油效果的影响程度不同,其中孔隙内剩余油的含量约为78%,而大孔道多孔介质中剩余油的含量约为56%,且2种孔隙结构存在各自所适应的优势黏度。③随着所注入的CO_(2)密度逐渐增大,波及范围发生变化,具体表现为CO_(2)在孔隙中的分布范围缩小,在大孔道中的分布范围增大。对比不同黏比对数下的混合物密度变化,最大黏比对数下混合物密度是最小黏比对数下的1.12倍;含大孔道多孔介质内的最高浓度比约为260,不含大孔道多孔介质内的最高浓度比达450。④提高注入速度会改变原有的驱替压力系统,增大驱动能力,有效减少剩余油的分布,进而改善驱油效果。