关键词： 页岩气藏   微尺度效应   格子Boltzmann方法   孔隙尺度   表征单元尺度  

摘要： 页岩气全球储量大,资源前景可观,是接替常规油气资源的重要选择。但页岩气藏特低孔,特低渗,微纳米级孔隙大量发育的储层物性特征,使得气体产出过程的运移机制异常复杂。基于连续介质假设条件的宏观渗流力学理论已经不能精确地表征页岩气渗流规律。针对于页岩气运移过程中微尺度效应,本文引入介观尺度方法一格子Boltzmann方法(LBM),分析了孔隙尺度及表征单元尺度(REV)页岩气渗流特征。本文研究内容为深化页岩气藏复杂渗流理论,为页岩气藏的高效开发提供一定的理论支撑。本文研究内容及相关成果如下:(1)通过大量国内外文献调研,分析了页岩气藏储层物性特征和气体运移机制,明确了页岩气产出伴有微尺度效应。(2)论述了格子Boltzmann方法的基本原理,推导了该方法的外力项方程,并给出了边界条件,分析了格子Boltzmann方法在页岩气藏微纳米级孔隙中气体渗流规律研究的适用性及优势。(3)将Langmuir等温吸附方程,Fick扩散定律与弹性-镜面组合边界格式(BSR)相耦合,建立了考虑页岩气微观渗流机制的格子Boltzmann模型;该模型考虑了页岩气的吸附—解吸,气体扩散,滑脱效应等机理,并对页岩气在孔隙中的流动进行了动态模拟,针对相关参数进行了敏感性分析。(4)将岩心电镜扫描图二值化得到了页岩基质孔隙空间中质点间的相关函数,再以质点间协方差的相关因子作为目标函数,优化了四参数随机生长法的参数,提出了适用于页岩气藏复杂物性的数字岩心方法;再运用格子Boltzmann方法求取岩心的孔隙度,孔隙迂曲度及固有渗透率等物性参数,与前人经验公式进行了对比分析,验证了数值算法的正确性。(5)在REV尺度,推导了页岩气渗流格子Boltzmann模型,分别模拟了气体在富含有机质的孔隙介质以及无机质孔隙中的渗流,建立了考虑岩石基质和天然裂缝的表征单元,模拟得到了天然裂缝的存在大幅度提高了页岩储层的全局渗透率的结论,印证了页岩气藏的高效开采应该尽可能沟通天然裂缝的理论。成果为页岩气渗流格子Boltzmann模型由孔隙尺度向矿场尺度进行升级提供了理论支撑。

关键词： 致密气藏   多尺度   CT   数字岩心  

摘要： 致密气藏的发展逐渐受到重视,为了更加准确了解其存储和流动特性,就需要一套综合性多尺度油藏描述和表征程序来识别分析。多尺度技术的应用,尤其是纳米-微米级多尺度X射线二维成像,对于致密气藏孔隙结构特性的描述更加准确全面,有助于致密气藏的开发与开采,应用前景广泛。

关键词： CaCO3煅烧   烧结反应   介尺度模型   孔隙分布  

摘要： 基于介尺度结构思想,根据空位单元的扩散与聚合理论建立起CaCO_3煅烧及CaO烧结过程中从分子尺度过渡到颗粒尺度之间的桥梁——介尺度孔隙结构的演化模型。与传统的经验模型相比,基于介尺度结构的速率方程理论将孔隙的演变过程与CO_2气体分子释放、空位的扩散以及空位间相互碰撞聚合同时进行考虑,并建立非线性的速率方程对孔隙的演化的物理过程进行数学描述。模型的计算结果与CaCO_3煅烧和烧结的实验数据进行对比,结果表明基于介尺度结构的速率方程理论可以准确地预测孔径的分布及其随时间的演变过程。

关键词： 孔隙尺度   动态剩余油   玻璃刻蚀模型   图像识别  

摘要： 动态剩余油是区别于静态剩余油,为产量提供主要贡献的一类剩余油。孔隙尺度下动态剩余油渗流特征的研究不仅可以从微观上解释剩余油流动机理,而且为提高油藏剩余油动用程度和采收率提供理论指导。对照静态剩余油,提出了动态剩余油的定义方法,并建立了一套利用微观玻璃刻蚀模型实验和计算机图像识别处理技术识别孔隙尺度下动态剩余油及其渗流特征的研究方法。该方法和人工识别结果对比误差小于5%,并且大大提高了识别速度,为研究和认识孔隙尺度下动态剩余油渗流特征奠定了基础。

关键词： 页岩气储层   孔隙系统   多尺度   联合表征  

摘要： 页岩气储层孔隙系统的研究是页岩气表征与评价的核心工作之一。鉴于页岩矿物成分复杂、孔隙组分多样,多种测试手段的联合分析已成为页岩孔隙系统研究中的一个发展趋势。综合氩离子抛光-扫描电镜、低温液氮吸附、CO2吸附、特高压压汞等对川东南志留系龙马溪组页岩的微观孔隙结构、孔径分布及连通性等进行了配套实验研究。研究结果表明:1页岩储层孔隙以100 nm以下的中孔和微孔占主导,其中孔径为10 nm左右的孔隙所占体积最大;2有机质发育及含量决定了页岩气储层孔隙发育情况及孔径大小分布,表现为随着TOC含量的增大,孔径大的孔隙部分逐渐增多,有效孔隙度逐渐增大;3多种实验手段联合测试才能获得页岩的多尺度孔隙全貌特征,而液氮-高压汞联合测试能反映其孔隙系统的基本特征。总体上,优质页岩气储层具有更大的微孔孔容、比表面积、孔径大小及有效孔隙体积,研究成果和结论对页岩气储层孔隙系统的综合表征和评价具有重要借鉴意义。

关键词： 格子Boltzmann方法   流体混合   化学反应   孔隙尺度   GPU计算  

摘要： 利用格子Boltzmann方法和GPU计算技术,在孔隙尺度上模拟多孔介质中包含界面化学反应的粘性指进现象,定量分析化学反应对流体混合的影响.采用单浓度变量的双稳态模型来描述界面反应,而各向同性的多孔介质则通过四参数法生成.研究发现化学反应能减小指进界面厚度,抑制流体的混合,甚至会出现反混合现象,并且随着反应速率的增加,影响越明显.

关键词： 孔隙尺度   多孔介质   两相流   数值模拟  

摘要： 本文基于二维micro CT扫描图像进行数值重构得到三维多孔介质几何模型,采用Shan-Chen多相格子Boltzmann方法(LBM)建立适用不规则几何边界区域内气液两相流动数值模型,在此基础上对复杂多孔介质内的两相流动过程进行孔隙尺度模拟。结果表明,气-液两相流动受限于多孔介质的复杂孔隙结构,气液表面张力、壁面润湿特性以及进出口压差对两相流动特性将产生明显影响。

关键词： 缺陷   孔隙   弹性常数   周期对称边界条件   细观尺度  

摘要： 为预测含孔隙复合材料单层板的弹性常数,以单向纤维增强复合材料单层板为研究对象,首先,基于细观力学方法,提出了一种基于两尺度代表体元的含孔隙复合材料单层板弹性常数预测方法;然后,基于纤维排列和孔隙特征,建立了纤维-基体尺度的代表体元模型和含孔隙复合材料单层板的代表体元模型,并采用有限元方法求解弹性常数;接着,采用周期对称边界条件,在纤维-基体尺度先进行第1步等效,得到不含孔隙复合材料单层板的弹性常数;最后,在含孔隙复合材料单层板的代表体元模型上进行第2步等效,完成了含孔隙复合材料单层板弹性常数的预测。结果显示:应用该方法得到的计算结果与试验数据吻合较好;结合纤维、基体弹性常数及孔隙形态的模型,该方法可以反映各因素对复合材料单层板弹性常数的影响。

关键词： 多孔介质   页岩   渗透率   扩散   滑脱  

摘要： 为研究页岩气在多尺度孔隙介质中的渗流率表征,以及分析各种流动状态对渗透率的贡献。基于页岩储层孔径分布特征,利用Kundsen数对流动状态进行划分,建立气体分子在多孔介质中的渗透率理论计算模型,分析了孔隙流体压力与渗透率的关系以及不同流动状态对渗透率的贡献。模型研究表明:多孔介质渗透率受气体达西流、滑脱流、Fick扩散流、过渡扩散流及Kundsen扩散流的影响;气体流动状态受流体压力和孔径分布决定,流体压力降低导致气体在多孔介质中的流动状态发生改变;随着储层流体压力降低,过渡扩散流对渗透率贡献增加,页岩储层渗透率增大。储层流体压力低于1 MPa时,Kundsen扩散流对渗透率贡献逐渐增大,渗透率迅速增加。

关键词： 多尺度方法   储层描述   油藏模拟   孔隙   岩石物理性质   尺度变换   工作流程   多尺度法  

摘要： 文中介绍了为从孔隙尺度到油藏模拟尺度的储层描述所建立的一致性框架，解释了与储层描述相关的概念，并定义了对储层描述最为重要的尺度；展示了工作流程，说明了如何把静态和动态岩石物理性质从一种尺度向另一种尺度变换，以及如何考虑每一次尺度变换时程序的相似性和差异性；解释了为什么多尺度方法涉及的步骤不单单是粗化（upscaling）（传统上往往假设仅涉及粗化一个步骤），并通过实例说明了综合性多尺度法所涉及的各种尺度；最后讲述了如何运用模型一原型（modeel—prototype）相似性的概念来克服描述流程的缺陷，并介绍了其在把取决于饱和度的岩石物理性质向更大尺度变换中应用的细节。