【摘要】：致密氣藏孔喉尺度為微納米級(jí),滲流阻力高、比表面積大,微尺度效應(yīng)明顯,微觀力及巖石壁面性質(zhì)對(duì)流體滲流規(guī)律的影響不可忽略。目前,致密氣藏滲流機(jī)理的研究通常直接應(yīng)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(jiàn)體現(xiàn),微尺度滲流機(jī)理尚不明確。本文從分子動(dòng)力學(xué)出發(fā),引入格子Boltzmann(LBM)方法,針對(duì)儲(chǔ)層的致密特性建立理論模型并開(kāi)展微尺度滲流模擬,從而揭示致密氣藏微尺度滲流機(jī)理�；谥旅軞獠氐刭|(zhì)成因,結(jié)合多種測(cè)試方法對(duì)致密儲(chǔ)層巖石學(xué)特征、納微米級(jí)孔喉結(jié)構(gòu)形態(tài)以及儲(chǔ)層孔滲物性形成系統(tǒng)認(rèn)識(shí);通過(guò)可動(dòng)流體測(cè)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(duì)氣體滲流的影響;考慮致密儲(chǔ)層高溫高壓條件下非理想氣體稠密效應(yīng),從分子動(dòng)力學(xué)角度對(duì)微尺度流體流動(dòng)規(guī)律及機(jī)制進(jìn)行理論研究和微觀模擬。針對(duì)致密多孔介質(zhì)巖石壁面對(duì)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(shì)的外力項(xiàng);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(yīng)用改進(jìn)的LBM模型模擬致密多孔介質(zhì)中氣體流動(dòng),揭示致密儲(chǔ)層單相氣體滲流機(jī)制。建立考慮靜電力和固液分子間作用力的氣水兩相流動(dòng)LBM模型,實(shí)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(shì)實(shí)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(jì)算模型;模擬了三維重構(gòu)致密巖心中的氣驅(qū)水過(guò)程,揭示氣水兩相微觀滲流機(jī)理。提出致密多孔介質(zhì)壓實(shí)及膠結(jié)協(xié)同作用下三維簡(jiǎn)化模型構(gòu)建方法;結(jié)合建立的LBM-D3Q19氣水流動(dòng)模型,模擬致密儲(chǔ)層高溫高壓及常溫常壓下的氣驅(qū)水過(guò)程,并對(duì)比分析了氣水分布及賦存狀態(tài)的異同。研究表明:壓實(shí)作用和自生膠結(jié)是我國(guó)致密氣藏的主要成因;致密儲(chǔ)層氣體運(yùn)移方式為滑移-滲流;范德華力阻礙氣體流動(dòng),流場(chǎng)特征尺度超過(guò)200nm時(shí),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(dòng)阻力;相對(duì)粗糙度超過(guò)2%,氣體流速明顯降低;分形維數(shù)在1.20左右時(shí),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(dòng)路徑為大喉道優(yōu)先;大孔隙能否對(duì)儲(chǔ)層滲透率有貢獻(xiàn),取決于與之連通的喉道大小。固-液微觀力作用下氣體運(yùn)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(yùn)移能力;打破水膜束縛是致密氣藏實(shí)現(xiàn)高效開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵。致密儲(chǔ)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(cè)試結(jié)果。本文提出研究致密氣藏滲流機(jī)理應(yīng)考慮微尺度效應(yīng),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(guò)模擬研究微尺度滲流機(jī)理;在此基礎(chǔ)上提出多孔介質(zhì)壓實(shí)及膠結(jié)協(xié)同作用下三維簡(jiǎn)化模型的構(gòu)建方法,該方法可用于模擬致密儲(chǔ)層真實(shí)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(xué)位授予單位】：東北石油大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TE312

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2379518