多孔介质中细观剩余油成因与流动动力学机制研究

Experimental and theoretical researches on micro-scale flow have attracted great interest, due to incapability of Darcy's law describing nonlinear fluid flow behavior or confinement effect phenomenon. The research will focus on key scientific issues over micro flow problems including relationship between confinement effects in nano/micro scale flow and micro forces, dynamics of micro oil-water flow, and origins of residual oil in porous media. Characteristic functions of micro forces such as van der Waals forces, electrostatic forces, surface tension and steric type forces will be established, of which the scales and effects on fluid flow in porous media will be analyzed. The research will unravel the relationships between pore scale of porous medium, wall surface effects, fluid characteristics, and intermolecular forces. Pore-scale modeling, considering effect of micro forces, will be presented to study effect on residual oil origins and distribution, of structure and pore scale in porous medium, interface characteristics, fluid characteristics, and interaction between micro forces. Mathematical model for relationship between microscale and macroscale fluid dynamics will be established through micro flow experiments and theoretical derivation. Subsequently, simulation of origins and distribution of residual oil will be presented. The research will attempt to unravel dynamics of micro-scale flow and mechanism of fluid flow through complicated porous media. The achievements will provide theoretical insight of micro-scale dynamics of fluids in porous media and theoretical foundation of development of complicated reservoirs.

针对目前渗流只局限于达西宏观统计方法不能揭示非线性流动和细观机理问题，开展细观层面上的微尺度流动实验和理论研究。围绕纳微米尺度流动界面作用与细观力学特性关系及表征、多孔介质中细观剩余油成因、纳微米尺度油水流动细观动力学机制等关键问题展开工作。通过实验设计和细观动力学实验及理论分析，研究流体流动界面作用与细观力学特性关系，建立包含范德华力、静电力、空间位形力、表面张力等微观力的特性方程，分析影响渗流的微观力种类和作用范围。建立考虑微观力作用的多孔介质网络数学模型,研究介质结构、界面特性、流体性质和细观力相互作用等对孔隙中剩余油形成的影响，搞清介质结构尺度、界面、流体相、微观力等细观力学特性关系。研究细观动力学模型与宏观尺度力学数学模型关系，建立细观尺度动力学关系与典型剩余油形成模拟方法。阐明油水细观流动动力学机制，揭示多孔介质中复杂流动的细观流动机理。解决宏观渗流黑箱问题，推动渗流学科发展。

本项目紧紧围绕纳微米尺度流体流动界面作用与细观力学特性关系及表征、多孔介质中细观剩余油成因、纳微米尺度油水流动细观动力学机制等关键科学问题展开创新性研究工作。通过实验设计和细观动力学实验及理论分析，研究了流体流动界面作用与细观力学特性关系，分析了各种界面力的作用范围和作用规律，对纳微米管界面与流体特性参数进行了表征。建立了包含范德华力、静电力、空间位形力、表面张力等微观力的特性方程，分析了影响渗流的微观力种类和作用范围。建立了考虑微观力作用的多孔介质网络数学模型，研究介质结构、界面特性、流体性质和细观力相互作用等对孔隙中剩余油形成的影响，搞清了介质结构尺度、界面、流体相、微观力等细观力学特性关系。建立了细观尺度动力学关系与典型剩余油形成模拟方法，进行微观剩余油主控因素动力学分析，研究油水分布状态与动力学关系，揭示网络结构细观尺度油水流动规律。阐明油水细观流动动力学机制，揭示多孔介质中复杂流动的细观流动机理。建立了水驱油毛管束网络数学模型，实现了细观与宏观尺度动力学关系数学描述，揭示了纳微米尺度油水流动动力学机制。建立了考虑微观力作用的纳微米管单相和两相流体流动动力学数学模型，揭示了流体在纳微米管内的流动规律。根据建立的纳微米管流体流动数学模型，建立了水驱动态网络模型，形成了多孔介质驱替流动细观剩余油分布特征的仿真模拟方法。建立了聚合物驱油和表面活性剂驱油动态网络模型，揭示了聚合物驱油和表面活性剂驱油的微观驱油机理。结合我国大庆油田实际，认识不同类型剩余油成因，揭示了细观尺度剩余油启动机理。根据微观剩余油存在类型的不同，制定相应的挖潜思路和对策，完善并丰富微观剩余油理论，为剩余油有效挖潜提供理论指导。.通过本项目共发表学术论文26篇（其中SCI/EI 22篇），申请发明专利2项。将出版专著1部（待出版）。通过本项目毕业博士研究生4名、硕士研究生5名，还有9名研究生参与该课题研究中。