教你搞定多孔介质驱替
浅谈多孔介质的微观驱替（二氧化碳驱替油）
作者：极度喜欢上课
一、引言
二氧化碳强化采油（CO2-EOR）是将 CO2 注入油藏，利用 CO2 与油的相互作用，提高石油采收率，并实现 CO2 有效封存的一种技术。本文分别建立“混合相”和“非混合相”两种情况的CO2驱替油模型，并简要分析两种情况下的驱替效果，希望能给相关研究方向的同学一定的启发。
二、“混合相”CO2驱替油模型
（一）模型的建立
如图1所示，在二维几何维度下进行建模。几何由左右两部分拼接而成，其中左部分为宽65微米，长320微米的矩形，右部分的多孔介质结构则直接导入COMSOL官网的多孔介质几何模型[1]，增加左部分的矩形是用于设置边界条件中的初始值，以提高模型收敛性。CO2和油的混相从左端以0.001米每秒的速度输入，右端产油。
混合驱替的难点在于如何考虑混合物中各物质的浓度，以及如何处理因浓度不同导致的物质物性参数的变化，本模型则是参考一篇文献中的方法来进行处理的。
如图2所示，展示了考虑“混合相”时模型不同时刻的驱替情况。图中可以清楚看到从左到右发生了驱替，CO2和油的混合物逐步填满多孔介质域，大约在0.5秒的时刻完成了驱替。
图2如图3所示，展示了考虑“混合相”时模型的驱替率。在0.5秒时，模型的驱替率达到百分之九十五，驱替基本结束。
图3
如图4所示，展示了考虑“混合相”时模型不同时刻密度的变化情况。CO2和油的混合相的密度比纯油相的密度低。
如图5所示，展示了考虑“混合相”时模型不同时刻动力粘度的变化情况。CO2和油的混合相的动力粘度比纯油相的动力粘度低。
图5本节“非混合相”CO2驱替油模型的几何与边界条件设置同第一节的“混合相”CO2驱替油模型基本一致，不再赘述。如图6所示，展示了考虑“非混合相”时模型不同时刻的驱替情况。图中可以清楚看到从左到右发生了驱替，CO2将油逐步驱替出多孔介质域，但是多孔介质域内还有较多的油残留。与考虑“混合相”的模型相比，考虑“非混合相”的模型有更为清晰的两相界面。
如图7所示，展示了考虑“非混合相”时模型的驱替率。在0.2秒时，模型的驱替率达到百分之五十六左右且基本保持稳定，驱替基本结束。
如图8所示，展示了考虑“非混合相”时模型不同时刻密度的变化情况。
如图9所示，展示了考虑“非混合相”时模型不同时刻动力粘度的变化情况。
图9参考COMSOL官网的三维多孔介质几何模型[2]，本文还建立了三维的“混合相”CO2驱替油模型，如图10所示。三维模型的边界条件和二维模型的边界条件基本一致。
如图11、图12和图13所示，分别展示了三维考虑“混合相”时模型不同时刻的驱替情况、计算域内密度变化情况以及计算域内动力粘度情况。
图11
本文利用COMSOL Mutiphysics建模，分别建立“混合相”和“非混合相”两种情况的CO2驱替油模型，模型都做出了比较直观的效果，希望能给相关研究方向的同学一定的启发。[1]http://cn.comsol.com/model/pore-scale-flow-488[2]http://cn.comsol.com/model/analyzing-porous-structures-on-the-microscopic-scale-85371
