【摘要】：致密氣藏孔喉尺度為微納米級,滲流阻力高、比表面積大,微尺度效應明顯,微觀力及巖石壁面性質(zhì)對流體滲流規(guī)律的影響不可忽略。目前,致密氣藏滲流機理的研究通常直接應用低滲透氣藏理論及模擬方法,孔喉尺度差異及微觀作用力的影響未見體現(xiàn),微尺度滲流機理尚不明確。本文從分子動力學出發(fā),引入格子Boltzmann(LBM)方法,針對儲層的致密特性建立理論模型并開展微尺度滲流模擬,從而揭示致密氣藏微尺度滲流機理。基于致密氣藏地質(zhì)成因,結(jié)合多種測試方法對致密儲層巖石學特征、納微米級孔喉結(jié)構(gòu)形態(tài)以及儲層孔滲物性形成系統(tǒng)認識;通過可動流體測試研究流體賦存狀態(tài),并分析致密氣藏孔喉結(jié)構(gòu)及含水對氣體滲流的影響;考慮致密儲層高溫高壓條件下非理想氣體稠密效應,從分子動力學角度對微尺度流體流動規(guī)律及機制進行理論研究和微觀模擬。針對致密多孔介質(zhì)巖石壁面對氣體滲流的影響,一方面在考慮壁面滑移的格子模型中加入表征氣體與巖石壁面分子間作用勢的外力項;另一方面,采用分形L-系統(tǒng)刻畫致密多孔介質(zhì)壁面粗糙度,建立了不同分形維數(shù)的孔喉壁面模型;基于分形L-系統(tǒng)理論,給出了考慮壁面粗糙度的LBM邊界等效處理方法。應用改進的LBM模型模擬致密多孔介質(zhì)中氣體流動,揭示致密儲層單相氣體滲流機制。建立考慮靜電力和固液分子間作用力的氣水兩相流動LBM模型,實現(xiàn)氣水兩相滲流的微觀模擬;結(jié)合熱平衡原理及氣水作用勢實現(xiàn)氣水表面膜微觀受力表征,建立巖石壁面穩(wěn)定吸附水膜厚度的計算模型;模擬了三維重構(gòu)致密巖心中的氣驅(qū)水過程,揭示氣水兩相微觀滲流機理。提出致密多孔介質(zhì)壓實及膠結(jié)協(xié)同作用下三維簡化模型構(gòu)建方法;結(jié)合建立的LBM-D3Q19氣水流動模型,模擬致密儲層高溫高壓及常溫常壓下的氣驅(qū)水過程,并對比分析了氣水分布及賦存狀態(tài)的異同。研究表明:壓實作用和自生膠結(jié)是我國致密氣藏的主要成因;致密儲層氣體運移方式為滑移-滲流;范德華力阻礙氣體流動,流場特征尺度超過200nm時,范德華力可忽略。壁面粗糙度降低氣體滲流截面積并增加流動阻力;相對粗糙度超過2%,氣體流速明顯降低;分形維數(shù)在1.20左右時,孔道壁面阻力最大。高配位數(shù)孔喉連通結(jié)構(gòu),氣體流動路徑為大喉道優(yōu)先;大孔隙能否對儲層滲透率有貢獻,取決于與之連通的喉道大小。固-液微觀力作用下氣體運移速度降低;加大驅(qū)替壓力梯度難以有效改善氣體在含水氣藏中的運移能力;打破水膜束縛是致密氣藏實現(xiàn)高效開發(fā)的關(guān)鍵。致密儲層高溫高壓條件下,氣水兩相流體滲流能力均好于常溫常壓條件的測試結(jié)果。本文提出研究致密氣藏滲流機理應考慮微尺度效應,并建立了氣-固/液-固分子間作用力、巖石壁面粗糙度以及穩(wěn)定吸附水膜綜合影響下的LBM模型,通過模擬研究微尺度滲流機理;在此基礎(chǔ)上提出多孔介質(zhì)壓實及膠結(jié)協(xié)同作用下三維簡化模型的構(gòu)建方法,該方法可用于模擬致密儲層真實條件下氣水滲流。論文成果可為致密氣藏微觀滲流模擬提供新的思路和方向。
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【學位授予單位】：東北石油大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TE312

【參考文獻】

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本文編號：2379518