多孔介质中的“混相”和“非混相”驱替
本文摘要(由AI生成):
这篇文章的主要内容是建立了二维和三维的“混合相”和“非混合相”两种情况的二氧化碳驱替油模型,并对模型的驱替效果进行了分析和讨论。文章首先介绍了二氧化碳强化采油技术,然后分别建立了两种模型并进行了结果分析,最后对全文进行了总结。
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。![](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1710262879773_j6v4ja.jpg?imageView2/0)
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5三、“非混合相”CO2驱替油模型
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。![](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1710262884226_xiz91d.jpg?imageView2/0)
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。![](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1710262894608_k19nk6.jpg?imageView2/0)
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。![](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1710262886394_addlj2.jpg?imageView2/0)
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9四、“混合相”CO2驱替油模型(三维)
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。![](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1710262898009_2gpken.jpg?imageView2/0)
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。![](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1710262891961_c8t7kv.jpg?imageView2/0)
图11
![](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1710262898330_xfndtq.jpg?imageView2/0)
五、总结
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。(案例均为本人的原创案例,请大家理性看待,如需获取本文的模型可加添加QQ:1175632717 或 2302260349进行联系)。[1]http://cn.comsol.com/model/pore-scale-flow-488[2]http://cn.comsol.com/model/analyzing-porous-structures-on-the-microscopic-scale-85371