裂缝性多孔介质中非牛顿流体渗流特性的分形研究

The study on the percolation mechanism of fractured reservoirs is a hot topic of petroleum geology.. The innovative researches of this project are as follows:. (1) Most of the low permeability reservoirs are often accompanied by cracks, and studies have shown that the natural fracture networks have fractal properties.This project will use the fractal branching network to simulate the random crack distribution, and show clearly the seepage characteristics of the fracture network.. (2) Based on the fracture-matrix dual-porosity media model with the fractal distribution pore, tortuosity and fractal branching network, the seepage properties of single-phase non-Newtonian fluid will be studied, and the influence mechanisms of the characteristic parameters of non-Newtonian fluid, the structural parameters of fracture network and matrix on the seepage characteristics of system will be analyzed.. (3) We will study the seepage characteristics of two-phase non-Newtonian fluid flow in dual-porosity media, and compare the effective and relative permeabilities of two-phase fluid.. The fractal models will be proposed to describe the flow characteristics of non-Newtonian fluid in fractured media, the quantitative expressions between seepage parameters and various influencing factors will be derived, and the complex percolation mechanisms of fractured reservoir will be revealed and improved. This research results will provide the theoretical basis and technical support for the development and utilization of underground resources, the prediction and control of environmental disasters and the design and construction of engineering porous materials.

裂缝性油藏的渗流机理研究是石油地质学的热点课题。本项目创新研究如下：（1）大多数低渗油藏是常伴有裂缝的，研究表明天然裂缝网络具有分形特征，本项目将采用分形分叉网络来模拟随机裂缝分布，明确裂缝网络的渗流特性；（2）引入孔隙分形分布、迂曲度及分形分叉网络的裂缝-母体双孔隙率介质模型，研究单相非牛顿流体在其中的渗流特性，分析非牛顿流体的特性参数、裂缝网络的几何结构参数和母体多孔介质的结构参数对系统渗流特性的影响机理；（3）研究两相非牛顿流体在双孔隙率介质中的渗流特性，并对比分析湿润相和非湿润相流体的相渗透率和相对渗透率的影响机理。本项目将提出一套较完整的描述裂缝性介质中非牛顿流体渗流特性的分形数学模型，该研究可量化渗流特性参数与多种影响因素的函数关系，揭示和完善裂缝油藏的复杂渗流机理，预期研究成果可为地下资源的开发和利用、环境灾害的预测和控制、工程多孔材料的设计和构造等提供理论依据和技术支撑。

采用树状分叉网络来近似多孔介质中的裂缝，并以此来研究裂缝-基质双孔隙率介质中流体的输运特性已成为热点课题。本项目基于分形理论，分别研究了非牛顿流体在多孔介质、裂缝介质和双孔隙率介质中的渗流特性，并定量给出渗流特性参数与各影响因素的函数关系，揭示和完善了裂缝油藏的复杂渗流机理，研究结果可为地下资源的开发和利用、工程多孔材料设计和构造等提供理论指导和技术支持。本项目主要工作如下：. （1）考虑到毛细压差效应，运用分形几何理论研究了Robertson-Stiff和宾汉姆非牛顿流体在多孔介质中的渗流特性，给出了RS和宾汉姆流体的流量、流速、启动压力梯度和有效渗透率的解析模型，模型表示为流体特性参数、介质结构参数和毛细压力参数的函数，运用模型分析了毛细压差对启动压力梯度和有效渗透率的影响，对于低孔隙度多孔介质，毛细压差的影响不能忽略。. （2）基于服从分形分布的弯曲毛细管束模型，运用分形几何理论推导出了Ellis和幂律流体在多孔介质中流量、流速、有效渗透率、有效粘度和表观粘度的分形解析解，从而实现了多孔介质中的流体流动特性与多孔介质的微结构参数相互关系的定量描述。平均流速不仅与多孔介质的结构参数和介质两端的压降有关，而且与流体的特性参数有关，而传统一般采用体积平均的方法，这样忽略了多孔介质微结构对流动速度的影响。. （3）考虑到裂缝的空间方位，即裂缝的方位角和倾角，基于裂缝网络的分形理论和广义达西定律，研究了幂律非牛顿流体在裂缝介质中的渗流特性，给出了幂律流体在裂缝介质中的流量、流速和有效渗透率的解析表达式，分形模型表示为流体特性参数和裂缝网络结构参数的函数，其有效渗透率随幂指数、裂缝孔隙度、裂缝长度分形维数的增大而增大，随倾角增大而减小。. （4）采用分形分叉网络模拟裂缝分布，结合母体多孔介质的分形特征，研究了RS非牛顿流体在嵌有分形分叉网络的裂缝-母体双孔隙率介质中的渗流特性，推导了双孔隙率介质中流体的流量、流速、有效渗透率和启动压力梯度的分形模型，模型表示为流体特性参数、多孔介质结构参数和裂缝网络结构参数的函数，所得启动压力梯度随分叉角和分叉网络长度比的增大而增大，随分叉网络直径比的增大而减小。分形模型比传统模型更有助于揭示流体在裂缝性多孔介质中的渗流机理。