基于微观流动模拟的低渗油藏CO2减阻力学机制评价方法技术

本发明专利技术公开了一种基于微观流动模拟的低渗油藏CO2减阻力学机制评价方法。本发明专利技术基于玻尔兹曼方法构建低渗油藏的格子玻尔兹曼模型，模拟确定低渗油藏多相流中的粘滞力和毛管力后，再利用格子玻尔兹曼模型模拟低渗油藏的CO2驱过程，结合低渗油藏中油相、超临界二氧化碳和水相的平衡分布方程，基于Bhatnagar

【技术实现步骤摘要】
基于微观流动模拟的低渗油藏CO2减阻力学机制评价方法


[0001]本专利技术属于油气田勘探开发
，具体涉及一种基于微观流动模拟的低渗油藏CO2减阻力学机制评价方法。

技术介绍

[0002]现阶段，油气资源的战略开发已成为我国持续稳定发展的保障。低渗油藏分布范围较为广泛，其中不乏众多函待开发的典型油气资源。注入CO2作为提高采收率的常用方法，已广泛应用于低渗油藏开发中，CO2注入后经历溶解、降粘、竞争吸附等一系列过程，通过改变流体的宏观性质进而起到提高采收率的效果。当注入油藏的CO2与油藏内的原油混合后，CO2能够降低油藏内流体之间的界面张力和原油的粘度，从而增加原油的体积和原油轻质组分从而提高驱替效率。注入CO2不仅提高了低渗油藏的采收率，还通过CO2埋存缓解了温室效应。
[0003]水气交替驱(WAG)作为提高采收率应用最为广泛的一种方法，其结合了CO2驱和水驱的优势。目前，关于油藏水驱或CO2驱的微观流动模拟研究较多，由于水气交替驱涉及油气水三相流动，其表征难度较大。利用CO2驱提高采收率方面的评价方法较多，但受限于模拟方法，缺乏关于CO2驱替在提高采收率过程中减阻力学机制的研究，较难从机理上准确描述毛管力和粘滞力的平衡关系，难以确定其对提高采收率的影响。同时，CO2驱替过程受油水界面张力、油气混相程度、壁面润湿性、孔径等因素的影响，导致难以准确评价CO2驱替过程的力学变化。
[0004]综上所述，采用现有的数值模拟方法无法精确表征低渗油藏中油气水三相流动行为，无法准确分析评价低渗油藏CO2减阻力学机制。因此，亟需提出一种基于微观流动模拟的低渗油藏CO2减阻力学机制评价方法，准确评价低渗油藏CO2减阻力学机制。

技术实现思路

[0005]本专利技术为了解决上述问题，提出了一种基于微观流动模拟的低渗油藏CO2减阻力学机制评价方法，通过在格子玻尔兹曼方法中耦合Shan
‑
Chen模型建立多相多组分流动数值模拟模型，利用多相多组分流动数值模拟模型准确模拟不同条件下多相流在低渗油藏中的流动过程，评价不同影响因素对毛管力与粘滞力平衡关系的影响，实现了对低渗油藏CO2减阻力学机制的准确评价。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]基于微观流动模拟的低渗油藏CO2减阻力学机制评价方法，具体包括如下步骤：
[0008]步骤1，构建低渗油藏的格子玻尔兹曼模型，利用玻尔兹曼模型模拟确定低渗油藏多相流中油相的粘滞力和毛管力；
[0009]步骤2，利用格子玻尔兹曼模型模拟低渗油藏的CO2驱过程，结合低渗油藏中油相、超临界二氧化碳和水相的平衡分布方程，基于Bhatnagar
‑
Gross
‑
Krook碰撞算子确定格子玻尔兹曼模型演化分布方程；
[0010]步骤3，通过在Shan
‑
Chen模型中设置粒子间的吸引力和排斥力构建多相流Shan
‑
Chen LB模型，利用多相流Shan
‑
Chen LB模型模拟低渗油藏中多相流的流动过程，并修正多相流的平衡速度和各组分之间的相互作用力，确定多相流中各组分之间的相互作用力；
[0011]步骤4，根据低渗油藏多相流中油相的粘滞力以及基于Bhatnagar
‑
Gross
‑
Krook碰撞算子确定格子玻尔兹曼模型演化分布方程，结合多相流Shan
‑
Chen LB模型所确定多相流中各组分之间的相互作用力，将格子玻尔兹曼模型、格子玻尔兹曼模型演化分布方程和多相流Shan
‑
Chen LB模型相结合得到低渗油藏的多相多组分流动数值模拟模型，利用多相多组分流动数值模拟模型模拟不同条件下多相流体在低渗油藏内的流动情况，进行低渗油藏CO2减阻力学机制评价。
[0012]优选地，所述步骤1中，根据低渗油藏的勘探资料，在二维笛卡尔坐标系中划分离散网格，基于格子玻尔兹曼方法构建低渗油藏的格子玻尔兹曼模型，用于模拟低渗油藏多孔介质内的多相流分布，设置格子玻尔兹曼模型的模型参数，利用格子玻尔兹曼模型模拟获取低渗油藏内不规则油水相界面，得到油相速度剖面，采用无滑移Hagen
‑
Poiseuille方程对油相速度剖面进行拟合，确定油相的粘滞力和毛管力。
[0013]优选地，所述步骤1中，将格子玻尔兹曼模型油相中物理粘度与格子松弛时间相对应，调整无滑移Hagen
‑
Poiseuille方程中的压力梯度，并对格子玻尔兹曼模型计算的油相速度剖面进行拟合确定粘滞力，粘滞力计算公式为：
[0014][0015][0016]式中，u为流体速度，为粘滞力，y为模拟区域的y轴坐标，Q为通量；H为孔隙宽度；μ为动力粘度。
[0017]优选地，所述步骤2中，利用格子玻尔兹曼模型模拟低渗油藏的CO2驱过程，将格子玻尔兹曼模型中的迁移步用于表征粒子迁移过程、碰撞步用于表征粒子分布方程到平衡状态的松弛过程，模拟得到低渗油藏中流体流动的离散速度，基于Bhatnagar
‑
Gross
‑
Krook碰撞算子模拟确定格子玻尔兹曼模型演化分布方程，如公式(3)所示：
[0018][0019]其中，
[0020]离散速度e
i
如公式(4)所示：
[0021][0022]低渗油藏中多相流组分内各组分的平衡分布方程，如公式(5)所示：
[0023][0024]低渗油藏中流体的流速u和密度ρ，如公式(6)和公式(7)所示：
[0025][0026][0027]式中，f
ik
(x,t)为多相流中k组分粒子在时间t时在i方向x位置处的密度分布函数；t为时间，x为粒子的位置；i为流体的运动方向，i＝0时，表示粒子在原点处，i＝1时，表示粒子在x轴正方向运动，i＝2时，表示粒子在y轴正方向运动，i＝3时，表示粒子在x轴负方向运动，i＝4时，表示粒子在y轴负方向运动，i＝5时，表示粒子的运动方向为x轴正方向和y轴的正方向之间，i＝6时，表示粒子的运动方向为x轴负方向和y轴的正方向之间，i＝7时，表示粒子的运动方向为x轴负方向和y轴的负方向之间，i＝8时，表示粒子的运动方向为x轴正方向和y轴的负方向之间；k为多相流中的组分编号，k＝1时，表示多相流中的油相，k＝2时，表示多相流中的超临界二氧化碳，k＝3时，表示多相流中的水相；ρ
k
为多相流中k组分的宏观密度，为多相流中k组分的平衡速度，τ
k
为多相流中k组分的松弛时间；t为格子时间，x为粒子位置；f
ieq,k
为多相流中k组分的平衡分布方程；c为格子速度，Δt为格子时间步，Δx为格子步长，c
s
为格子声速；w
i
为平衡分布方程的权重系数，当i＝0时，权重系数w
i
取值为4/9，当i＝1或2或3或4时本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于微观流动模拟的低渗油藏CO2减阻力学机制评价方法，其特征在于，具体包括如下步骤：步骤1，构建低渗油藏的格子玻尔兹曼模型，利用玻尔兹曼模型模拟确定低渗油藏多相流中油相的粘滞力和毛管力；步骤2，利用格子玻尔兹曼模型模拟低渗油藏的CO2驱过程，结合低渗油藏中油相、超临界二氧化碳和水相的平衡分布方程，基于Bhatnagar
‑
Gross
‑
Krook碰撞算子确定格子玻尔兹曼模型演化分布方程；步骤3，通过在Shan
‑
Chen模型中设置粒子间的吸引力和排斥力构建多相流Shan
‑
Chen LB模型，利用多相流Shan
‑
Chen LB模型模拟低渗油藏中多相流的流动过程，并修正多相流的平衡速度和各组分之间的相互作用力，确定多相流中各组分之间的相互作用力；步骤4，根据低渗油藏多相流中油相的粘滞力以及基于Bhatnagar
‑
Gross
‑
Krook碰撞算子确定格子玻尔兹曼模型演化分布方程，结合多相流Shan
‑
Chen LB模型所确定多相流中各组分之间的相互作用力，将格子玻尔兹曼模型、格子玻尔兹曼模型演化分布方程和多相流Shan
‑
Chen LB模型相结合得到低渗油藏的多相多组分流动数值模拟模型，利用多相多组分流动数值模拟模型模拟不同条件下多相流体在低渗油藏内的流动情况，进行低渗油藏CO2减阻力学机制评价。2.根据权利要求1所述的基于微观流动模拟的低渗油藏CO2减阻力学机制评价方法，其特征在于，所述步骤1中，根据低渗油藏的勘探资料，在二维笛卡尔坐标系中划分离散网格，基于格子玻尔兹曼方法构建低渗油藏的格子玻尔兹曼模型，用于模拟低渗油藏多孔介质内的多相流分布，设置格子玻尔兹曼模型的模型参数，利用格子玻尔兹曼模型模拟获取低渗油藏内不规则油水相界面，得到油相速度剖面，采用无滑移Hagen
‑
Poiseuille方程对油相速度剖面进行拟合，确定油相的粘滞力和毛管力。3.根据权利要求2所述的基于微观流动模拟的低渗油藏CO2减阻力学机制评价方法，其特征在于，所述步骤1中，将格子玻尔兹曼模型油相中物理粘度与格子松弛时间相对应，调整无滑移Hagen
‑
Poiseuille方程中的压力梯度，并对格子玻尔兹曼模型计算的油相速度剖面进行拟合确定粘滞力，粘滞力计算公式为：面进行拟合确定粘滞力，粘滞力计算公式为：式中，u为流体速度，为粘滞力，y为模拟区域的y轴坐标，Q为通量；H为孔隙宽度；μ为动力粘度。4.根据权利要求3所述的基于微观流动模拟的低渗油藏CO2减阻力学机制评价方法，其特征在于，所述步骤2中，利用格子玻尔兹曼模型模拟低渗油藏的CO2驱过程，将格子玻尔兹曼模型中的迁移步用于表征粒子迁移过程、碰撞步用于表征粒子分布方程到平衡状态的松弛过程，模拟得到低渗油藏中流体流动的离散速度，基于Bhatnagar
‑
Gross
‑
Krook碰撞算子模拟确定格子玻尔兹曼模型演化分布方程，如公式(3)所示：
其中，离散速度e
i
如公式(4)所示：低渗油藏中多相流组分内各组分的平衡分布方程，如公式(5)所示：低渗油藏中流体的流速u和密度ρ，如公式(6)和公式(7)所示：低渗油藏中流体的流速u和密度ρ，如公式(6)和公式(7)所示：式中，f
ik
(x,t)为多相流中k组分粒子在时间t时在i方向x位置处的密度分布函数；t为时间，x为粒子的位置；i为流体的运动方向，i＝0时，表示粒子在原点处，i＝1时，表示粒子在x轴正方向运动，i＝2时，表示粒子在y轴正方向运动，i＝3时，表示粒子在x轴负方向运动，i＝4时，表示粒子在y轴负方向运动，i＝5时，表示粒子的运动方向为x轴正方向和y轴的正方向之间，i＝6时，表示粒子的运动方向为x轴负方向和y轴的正方向之间，i＝7时，表示粒子的运动方向为x轴负方向和y轴的负方向之间，i＝8时，表示粒子的运动方向为x轴正方向和y轴的负方向之间；k为多相流中的组分编号，k＝1时，表示多相流中的油相，k＝2时，表示多相流中的超临界二氧化碳，k＝3时，表示多相流中的水相；ρ
k
为多相流中k组分的宏观密度，为多相流中k组分的平衡速度，τ
k
为多相流中k组分的松弛时间；t为格子时间，x为粒子位置；f
ieq,k
为多相流中k组分的平衡分布方程；c为格子速度，Δt为格子时间步，Δx为格子步长，c
s
为格子声速；w
i
为平衡分布方程的权重系数，当i＝0时，权重系数w
...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢秋恒，王金雷，张洪枫，王文东，杨永飞，张洲源，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：