多孔介质中复杂流动细观机理与方法研究

多孔介质内部孔隙结构非常复杂，流体在其内部形成复杂渗流。经典流体动力学理论很难解释其流动机理，建立完整细观渗流理论乃当务之急。本课题利用国家同步辐射光得到岩石样品、动物脏器、植物杆茎等多孔介质微结构三维数据，采用图像识别、边缘提取等图形图像处理技术进行三维重构；利用重构的三维结构研究多孔介质的微结构分形特征等；利用不同温度及压力下的多孔介质微结构数据，获得孔隙骨架形变特性；并采用格子波尔兹曼数值模拟方法以及分形几何理论，探索多孔介质中的复杂流动细观机理。本项目的开展将为石油天然气的精细开发、提高石油开采率提供最直接的基础理论成果，对核废料处理、城市垃圾埋填、温室气体埋存、城市地面沉降、生物体内流体流动等具有重要的指导意义；对渗流学科基础理论发展具有重大推动作用；同时促进图形图像处理、计算机图形学、并行计算等学科的交叉发展。

多孔介质内部孔隙结构非常复杂，流体在其内部形成复杂渗流。经典流体动力学理论很难解释其流动机理，建立完整细观渗流理论乃当务之急。本课题利用国家同步辐射光得到岩石样品、动物脏器、植物杆茎等多孔介质微结构三维数据，采用图像识别、边缘提取等图形图像处理技术进行三维重构；利用重构的三维结构研究多孔介质的微结构分形特征等；利用不同温度及压力下的多孔介质微结构数据，获得孔隙骨架形变特性；并采用分子动力学与格子波尔兹曼细观数值模拟方法以及分形几何理论，探索多孔介质中的复杂流动细观机理。通过本项目的研究，提出了一套较完整地描述多孔介质非线性复杂渗流特性数字岩心实验、参数理论分析模型及基于PEBI网格的数值计算方法，揭示了不同种类多孔介质宏观流动方程所包含的细观流动机理。结合项目组已有的油藏数值模拟软件，形成了用于我国页岩气及致密油气开采的产能预测软件和化学驱油的区块数值模拟软件。相关软件已在大庆及新疆等油田得到了示范应用，有效地解决了我国页岩气开发中缺乏工具软件的难题。.2010年至2013年，在国内外核心刊物或全国性和国际性学术会议上发表标注受本项目资助的学术论文80 余篇，其中，SCI 收录46 篇，EI 收录20 篇；在我国页岩气开采的关键时期《油气井测试》杂志特邀本课题组出版一集特刊2013 年；出版专著4 本；申请发明专利4项（其中1 项已授权），软件著作权5 项，获奖4 项；培养硕士28 名（已毕业18 名），博士20 名（已毕业8 名），博士后5 名，培养科技人员30 余名；为大庆、新疆等油田培训软件人员近百名，举办或协办国内学术会议5 次，在国内外学术会议大会邀请报告11 人次，超额完成了项目任务书中的预期成果。