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页岩气流动模型的一些认识
sunshinetx 2019-3-19 07:14
页岩中流动模型中,基于线性粘性流动通量(viscous flow)和扩散流动通量(diffusion flow)的线性叠加(linear summation)的数学模型,是在数学上被严格证明的,物理意义明确(Zhdanov et al., 1962)。该模型也被称为尘气模型(Dusty Gas Model)(Mason et al., 1967; Krishna et al., 1997)。即: 总气体流动通量 = 粘性流动通量 + 扩散流动通量 (√) 尝试通过引入不同加权因子(weighting factor),来评价粘性流动和扩散流动作用对气体流动的贡献,在本质上违背了该模型的内在边界条件,是不合理的,需要避免。 总气体流动通量 = a * 粘性流动通量 + b * 扩散流动通量 (×,a和b为加权因子,不为1) 参考文献: Zhdanov, V., Kagan, Y., Sazykin, A. (1962). Effect of viscous transfer of momentum on diffusion in a gas mixture.Sov. Phys. JETP,15, 596-602. 1 DGM_Effect of viscous transfer of momentum of diffusion in gas mixture.pdf Mason, E. A., Malinauskas, A. P., Evans Iii, R. B. (1967). Flow and diffusion of gases in porous media.The Journal of Chemical Physics,46(8), 3199-3216. Krishna, R., Wesselingh, J. A. (1997). The Maxwell-Stefan approach to mass transfer.Chemical engineering science,52(6), 861-911.
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孔隙岩石CH4渗流的LBM模拟 | 《科学通报》
sciencepress 2014-8-8 15:47
石渗流性质对于油气资源开发、深部煤炭开采、二氧化碳地质封存及地下水环境保护等问题至关重要。最近一项研究采用 3D重构和 LBM方法分析了岩石 CH 4 渗流性质及孔隙结构变形的影响,为评价和表征地下岩体开采变形对流体渗流的影响提供了一种新的可视化方法。 这篇名为“ 变形条件下孔隙岩石 CH4 微细观渗流的 Lattice Boltzmann 模拟 ”的论文是 《 科学通报》 2014 年第 22 期的封面文章,它从定量和可视化的角度分析了 CH 4 在孔隙岩石中的渗流特征以及岩层开采引发的孔隙结构变形对渗流的影响 ,由中国矿业大学(北京)鞠杨教授担任通讯作者撰写。 天然岩石原始包含着大量形态不规则和无序分布的孔隙,结构十分复杂,特别是,岩石深埋于地下,传统的现场探测技术与方法难以准确获知与定量表征地下开采引发的岩石内部孔隙结构变形、流体渗流等“看不见、摸不着”的物理力学过程,探测的难度大、成本高、适用性差,这些问题已成为科学准确地评价油气资源储层产能和资源开采效率的瓶颈难题。 该研究的创新之处在于发展了一种基于 孔隙结构三维重构模型、 LBM (LatticeBoltzmann Method) 模拟相结合的 CH 4 流体渗流分析方法,在此基础上,运用有限元法模拟和解析了三向压力作用下岩石孔隙结构变形对 CH 4 渗流的影响机制,该方法具有直观、定量、可视化、适用于并行计算的特点, 为评价地下岩体开采变形对渗流的影响以及储层气体渗流能力提供一种新的定量分析与可视化手段。 图 1 砂岩孔隙结构的三维重构模型与有限元模型 (a) 三维重构模型 , (b) 有限元网格模型 图 2 孔隙砂岩 CH 4 渗流流速的空间分布 (a) 变形前 , (b) 变形后 研究发现:一定压力条件下,当孔隙岩石发生三轴压缩变形时,部分连通的孔隙空间被压缩, CH 4 的渗透性减小。有效孔隙度小或低渗透性岩石的渗透率受孔隙被压缩的影响较大,敏感程度较高;而有效孔隙度大或高渗透性岩石的渗透率受此影响较小,敏感程度较低。该发现对于认识和理解采动应力变化对孔隙岩石气体渗流性质的影响具有重要意义。 该研究得到了国家杰出青年科学基金 ( 批准号 51125017) 、国家自然科学基金 ( 批准号 51374213) 和国家重点基础研究发展计划 ( 批准号 2010CB226804) 的资助。 更多详情请见原文 : 鞠杨 , 王金波 , 高峰 , 谢和平 . 变形条件下孔隙岩石 CH 4 微细观渗流的 Lattice Boltzmann 模拟 . 科学通报 , 2014 , 59(22): 2127-2136
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关于低渗透储层渗透率的测量问题
热度 1 smartdou 2012-10-29 11:09
低渗透/特低渗透储层渗透率及相关参数测量仪器的开发建议 目前,在低渗透理论研究方面,由于目前依然沿用传统驱替方法,其计量精度及理论都不完善。目前的主要理论问题归纳为3个: 理论问题之一:低渗透单相渗流是否存在启动压力梯度?启动压力梯度是否就与非达西渗透有直接关系? 理论问题之二:低渗透储层低速渗流是否呈现非牛顿流体渗流性质,是否就必然存在边界层效应?存在边界层效应是否就一定是非达西渗流? 理论问题之三:非达西渗流的形式方程究竟如何表述?如果非达西渗流,就意味着有无数条切线,也就是说渗透率不是一个常量,这时,渗透率如何计算?还会有相对渗透率曲线吗?如果没有,在数值模拟中如何建模? 同时,在低渗透研究的理论领域还存在3大矛盾: 矛盾之一:承认流动是非达西渗流,但在处理低渗透储层渗透率与孔隙半径的关系时,还不断有人使用科兹尼公式; 矛盾之二:在求低渗透和超低渗透储层渗透率时,就承认流动是达西流动,因为需要采用达西方程计算渗透率。但在解释流动现象、产能预测时,就突然把研究转到非达西渗流上进行问题处理; 矛盾之三:在做相对渗透率曲线时,需要计算出实验得到的每个点渗透率值,就把达西定律拿过来进行计算,使用过后,又转到非达西渗流上来,进行油藏数值模拟。 如果要解决上述三大理论问题及三大突出矛盾,在低渗透理论研究方面有所突破,必须加强仪器和仪表的开发,因为,没有专门或者特设的仪器和计量装置,我们无法得到低渗透渗流的注入参数和采出参数。科学和技术互相促进,科学发展对技术产生极大的需求,技术发展给科学发现提供了强有力的认识问题的手段,因此,在有了科学问题后,发展技术变得尤为重要。在低渗透研究方面拟研究: (1)按低渗透分级研制精准的低渗透测量仪器和仪表。渗透率测量装置,和流量微量计量仪器。是否存在非达西渗流,是否存在边界层,研发什么样精准的仪器仪表观测边界层,也依然是重要课题。不能已经承认了非达西流,有采用达西流条件下得到的柯兹尼方程进行估算边界层,这样是很荒唐的做法。 (2)岩心公司等虽然在80年代初,就提出了“脉冲衰减法测量低渗透或致密页岩的渗透率”,也研制出了相应的仪器,但就是0.001mD的渗透率测试,“脉冲衰减法测量”基础首先是建立在达西流的基础上,如果我们承认低渗透储层的“非达西渗流”?依然需要花很长时间先开发“非达西渗流”测量仪器,通过实验认识规律,解释规律,修正理论和提升理论。 (3)在目前国内较少采用“脉冲衰减法测量”低渗透储层渗透率,在上述三大矛盾中进行实验和分析数据,怎么可以又卖矛又卖盾,不能自圆其说。本人认为,理论创新固然重要,与其在目前研究未能认识清楚,就不要过早下结论,还不如先接受和使用美国人应用了几十年的““脉冲衰减法测量”法进行低渗透的测量研究,是科学研究脚踏实地,不是为创新而创新。 (4)解决目前由于测量等造成的对低渗透/特低渗透储层渗流机理及理论认识不清问题,满足我国低渗透/特低渗透储层开发的需求,建议加速低渗透/特低渗透储层渗透率等测量仪器及纳米级孔隙的动态驱替环境下的CT工业扫描仪及数字岩心处理软件等技术的研发或引进。
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GMT+8, 2024-4-20 21:01

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