致密砂岩油藏中油-水-颗粒三相流孔隙尺度建模及渗流机理研究

China's tight oil is mainly stored in tight sandstone, which is rich in resources and has huge development potential. Tight oil is one of China's important energy replacements in the future, and has a significant impact on ensuring national energy security. The complex seepage process of oil-water-particle three-phase fluid exists widely in the development of tight sandstone reservoirs. Theoretical modeling and mechanistic study of this seepage process will have great significance for effectively developing tight sandstone reservoirs. This project will aim at the pore-scale transport process of oil-water-particle three-phase fluid in tight sandstone and establish a high-precision, high-stability lattice Boltzmann model for oil-water-particle three-phase fluid. The visual microscopic flow experiment will be designed to validate the proposed lattice Boltzmann model. Based on the digital core of tight sandstone, the pore-scale lattice Boltzmann simulations will be carried out to study the microscopic transport mechanism of oil-water-particle three-phase fluid in tight sandstone. With the pore-scale lattice Boltzmann simulations in digital core, together with macroscopic seepage experiments, the seepage mechanism of oil-water-particle three-phase fluid in tight sandstone will be revealed. The effect of solid particles on the oil-water displacement efficiency will be comprehensively evaluated. The project could provide theoretical basis and suggestions for the development of tight sandstone reservoirs by water injection.

我国的致密油主要储集在致密砂岩中，其资源量丰富，开发潜力巨大，是我国未来重要的能源接替之一，对保障国家能源安全具有重大影响。在致密砂岩油藏开发中普遍存在油-水-颗粒三相流体的复杂渗流过程，对其开展理论建模和机理研究，对高效开发该类油藏具有重要意义。本项目针对致密砂岩中油-水-颗粒三相流孔隙尺度的运移过程，建立高精度、高稳定性的油-水-颗粒三相流格子Boltzmann模型，设计可视化微观流动实验，进行格子Boltzmann模型的实验检验；基于致密砂岩数字岩心，开展油-水-颗粒三相流孔隙尺度格子Boltzmann模拟，研究油-水-颗粒三相流的微观运移机理，并结合宏观渗流实验，揭示致密砂岩中油-水-颗粒三相渗流规律，综合评价固体颗粒对水驱油效率的影响，为注水开发致密砂岩油藏提供理论依据和指导建议。

致密油作为一种非常规油气资源，在我国分布广泛、储量丰富。致密砂岩油藏衰竭式开发的采收率较低，注水开发既能补充地层能量又可以驱油，是目前国内该类油藏的主要开发方式。注入水中通常含有悬浮固体颗粒，并且因注入水与油层水不配伍会生成固体沉淀物，以及因流体与岩石的相互作用会造成岩石矿物颗粒的脱落等，这些都将导致致密砂岩储层中油-水-颗粒三相流体的复杂渗流过程。研究固体颗粒对油水两相渗流的影响机制对注水高效开发致密砂岩油藏具有重要意义。本项目首先对孔隙尺度建模的格子Boltzmann理论进行研究，构建了单组分、两组分流体的格子Boltzmann曲面微尺度边界条件，建立了适用于复杂边界条件的高精度、高稳定性的油-水-颗粒三相流的格子Boltzmann模型，设计刻蚀玻璃微观流动实验对格子Boltzmann模型进行检验；其次，基于致密砂岩扫描电镜图像，采用马尔科夫链-蒙特卡洛数值重构法构建数字岩心。在此基础上，开展油-水-颗粒三相流孔隙尺度格子Boltzmann模拟，阐明了固体颗粒存在对水驱油过程中油水分布的影响规律，厘清了颗粒匹配度和颗粒浓度对水驱油效率的影响，明确了固体颗粒存在导致多相渗流模式的转换机制；最后，开展了致密砂岩柱塞岩样含颗粒水驱油实验，深化了固体颗粒对水驱油流动机理影响的认识，进一步揭示了注水驱油过程中固体颗粒对驱油效率的影响机制。项目研究成果对注水开发致密砂岩油藏时开发效果受固体颗粒的影响规律提供了科学认识和机理分析，对于优化注水提高致密砂岩油藏采收率和指导致密砂岩油藏经济、规模化开发具有重要的理论和应用价值。.相关研究成果发表SCI期刊论文10篇，授权发明专利1项，登记软件著作权1项。依托该项目，培养硕士研究生6人。研究成果在长庆、新疆等油田的致密砂岩油藏开发中得到了成功应用，有效指导了我国致密砂岩油藏的注水开发。