石油、天然气、地下水等在多孔介质当中的渗流力学前沿研究
文一：
基于嵌套局部网格细化的嵌入式离散裂缝模型的裂缝瞬态流动建模
摘要：
水力裂缝周围的瞬态流动是致密油藏研究的一个重要课题。在这项工作中，嵌入式离散裂缝模型（EDFM）与嵌套局部网格细化（LGR）相结合，以提高其模拟近裂缝瞬态流的准确性。开发了一种自动网格细化程序，用于在复杂裂缝周围迭代进行LGR。在每次迭代中，都会选择并细化与裂缝相交或靠近裂缝的单元。可以调整细化区域的大小和细化级别。通过这一过程，近断裂区域的细胞大小迅速减小，而总单元计数保持在相对较低的水平。还分析了正则笛卡尔网格的最优细化率。此外，EDFM是在具有嵌套LGR的网格中实现的，并且矩阵和裂缝之间的连接被适当地确定，以计算作为储层模拟器输入的传输系数。首先针对不同裂缝方向的对数LGR模型验证了所开发的方法，结果表明，可以可靠地模拟不同的流态。随后，用这种方法研究了非正交、非平行和非平面水力裂缝的流态，以说明复杂裂缝周围独特的瞬态流动模式。这项工作为复杂裂缝几何形状的储层进行瞬态分析提供了一种通用而方便的方法。
图：储层尺寸、井位和裂缝方向。
图：说明使用带嵌套局部网格细化的EDFM来提高求解精度的基本思想。（a） 原始矩阵网格和裂缝。（b） –（e）裂缝周围细化后的矩阵网格。从（b）到（e），细化级别从一级增加到四级。
图：显示裂缝周围自动细化步骤的流程图。
图：具有八条相交裂缝的嵌套LGR示例（如红线所示）。
图：具有嵌套LGR的三维笛卡尔网格中压裂段之间连接的两个示例。（a） 平行于x-y平面的裂缝位置。（b） 平行于z轴的两个裂缝的位置。（c） （a）中裂缝的裂缝段之间的连接（粉红色线）。（d） （b）中裂缝的裂缝段之间的连接（粉红色线）。
图：储层尺寸、井筒位置和裂缝位置。紫色的线代表裂缝。如图所示，裂缝周围的基质单元被细化。
图：水力裂缝周围不同时间的压降。
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文二：
水合物油藏双井采气动态数值模拟
摘要：
多井系统可以增加排水面积，从而提高天然气水合物（NGH）生产的生产力。从根本上讲，双井系统是理解多井系统和制定含水合物沉积物采气现场策略的关键和基础。然而，通过降压回收NGH的生产性能和多井生产策略尚未得到详细处理。在这里，我们开发了一个三维模型来描述低渗透水合物油藏的双井生产特征，并分析了井的部署策略。在相同条件下，这种双井系统的生产力比单井高1.5–2.5，这是由于扩大了排水面积。井距改变了渗流特征和相应的地球物理场，这是双井系统采气的关键变量。其范围可以根据生产率和水合物离解前沿的组合来确定。此外，由于双井系统提高产能的能力有限，采用储层改造技术和增产措施的多井系统对实现天然气的商业开发具有重要的实用价值。
图：GMGS3-W19现场示意图。
图：模拟中的对称三维模型。
图：数值结果与实验数据的比较: (a)产气; (b)压力演化。
图：天然气水合物生产15天、30天、90天和180天后的水合物饱和度分布。
图：天然气水合物生产15天、30天、90天和180天后的含气饱和度分布。
图：天然气水合物生产过程中水合物和含水饱和度随 AB 线的变化: (a)水合物饱和度; (b)天然气饱和度。
图：生产过程中的流线: (a)和(b)流场;(c)速度。
图：双井系统与单井系统的比较: (a)产能; (b)生产360天后水合物的分布。
图：单井和双井系统地层响应的比较。
图：天然气水合物生产多井系统的研制。
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文三：
含水合物沉积物物理特性建模：考虑发生模式的影响
摘要：
研究含水合物沉积物的物理性质对水合物赋存模式和饱和度的依赖性，对于天然气水合物资源的勘探至关重要。然而，由于当前实验技术和数值建模方法的局限性，无法准确控制水合物饱和度和分布模式，因此对这些影响的精确分析仍然具有挑战性。在这项工作中，为了解决这些问题，我们提出了一种新的混合建模方法，该方法集成了X射线CT成像技术、形态运算算法和四元结构生成集方法。然后，我们生成了75个含有孔隙漂浮、胶结和桥接水合物的样本，每个样本都具有预定义的饱和度水平，并全面研究了水合物分布模式和饱和度对HBS的孔隙半径、配位数、相关函数、渗透率、电导率和弹性模量的影响。研究结果表明，不同水合物类型的孔隙和喉部半径分布的不均匀性不同。孔隙漂浮水合物的增加导致孔喉半径、曲率和孔隙空间相关性下降最快，但它使平均配位数变大，而其他配位数则减少。此外，在水合物饱和度较低的情况下，胶结模式对渗透率和电导率的损害最小。当水合物饱和度大于约45%时，桥接模式对质量传输特性的影响最大。此外，孔隙漂浮和桥接模式分别导致弹性模量的最大和最小增加。水合物的出现模式对体积模量的影响大于对剪切模量的影响。
图：HBS中天然岩心规模的水合物（a），以及实验室观测中水合物赋存模式的概念示意图（b）
图：从原始CT图像中选择的子体积（a），选择的具有300个体素的3D RVE（b），以及孔隙率随子体积大小的变化（c）。
图：五组三维数字样品中具有不同水合物饱和度的水合物不同赋存模式的三维外部视图。每一行代表一个组。灰色、蓝色和黄色分别表示固相、孔隙空间和水合物。所有图像的分辨率和大小分别为18μm/体素和5400μm。
图：第一组3D数字样品的2D薄片中具有不同饱和度的水合物的不同赋存模式。
图：第一组数字样品的孔隙网络包含具有不同饱和度的水合物的不同赋存模式。
图：不同饱和度水合物赋存形态数字样品的配位数和孔隙度分布。
图：第一组数字样本在不同饱和度下的压力场。
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文四：
光滑粒子流体力学在非均匀多孔介质多相流模拟中的应用
摘要：
多孔介质中的多相流建模，特别是在石油和天然气行业中，涉及数值求解微分方程。求解这些方程必须考虑化学、物理、机械和地质等几种现象，而这种方法没有解析解。通过无法涵盖广泛参数和操作条件的实验室实验，可以对这些现象进行表征。在这项研究中，我们研究了光滑粒子流体动力学（SPH）方法在复杂和随机几何多孔介质中建模的实际应用。本研究的主要目的是调查在实验室研究的同时使用SPH作为补充方法的可能性。首先，对单相流动进行了表征，提取了绝对渗透率张量和弯曲度等基本宏观参数。然后，对多孔介质中的两相流模型进行了研究。这些研究表明，可以获得实际参数，如局部饱和度变化、流体驱替、流动滞后、穿透时间、平均流速、相对渗透率曲线、Buckley−Leverett理论、毛细管去饱和曲线和采收率。最后，对非均匀多孔介质中的多相流进行了敏感性分析。为此，研究了三个参数（多孔介质的几何形状、粘度比和润湿性）对通过多孔介质的多相流的影响。结果表明，润湿性是影响轻相回收率的主要参数。在下一个层面上，多孔介质的几何形状对生产率的影响最为显著，而最低的影响与粘度比有关。研究结果表明，SPH方法可以为油藏工程师预测多孔介质中的多相流动行为提供一个合适的视角。
图：格子玻尔兹曼数值模拟的结果。
图：（A）在横截面y=9处沿着多孔介质的压差分布，以及（B）在稳态条件下流过g＝0.1125的类型1的多孔介质的流的压差颜色图。
图：（A） 通过（1）GT#1、（2）GT#2和（3）GT#3进行单相建模的速度剖面；（B） 通过（4）GT#1、（5）GT#2和（6）GT#3，不同g的单相建模中顶面和底面的交叉流速。
图：部分润湿条件下燃气轮机2号两相流色图
图：(A)不同湿润条件下两相流的相对渗透率与饱和度和(B)分数流动曲线，(1)部分非湿润，(2)中性湿润，和(3)部分湿润。
图：对于所有类型的几何形状和粘度比，两相流中的相对渗透率与饱和度，（A）在不同的润湿条件下，（1）强非润湿，（2）部分非湿润，（3）中性润湿，（4）部分润湿，和（5）强润湿，以及（B）在不同润湿条件下交叉点的相对位置（即Krw=Kro）。
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文五：
页岩气吸附机理: 来自页岩吸附甲烷热力学和动力学研究的证据
摘要：
研究页岩气吸附机理对页岩气成藏和储量评价具有重要意义。为了从甲烷吸附热力学和动力学的角度研究页岩气的吸附机理，对四川盆地南部下志留统龙马溪页岩样品在40.6°C、60.6°C，75.6°C和95.6°C压力高达52MPa的条件下进行了高压甲烷吸附和吸附动力学实验。获得了甲烷的吸附等温线和动力学曲线，并进行了详细的分析。结果表明：（1）在0～52MPa条件下，甲烷在页岩上的绝对吸附等温线具有I型吸附等温线的特征。温度对甲烷的最大过量和绝对吸附有重要影响。在相同的温度下，甲烷在页岩上的绝对吸附量在更高的压力下增加得较慢，这表明甲烷吸附速率在更高压力下降低。（2） 甲烷在页岩上的平均等温吸附热为21.06kJ/mol，表明甲烷在页岩的主要吸附过程可能是物理吸附。吸附的同位热随着甲烷绝对吸附量的增加而增加，表明吸附热主要受吸附的甲烷分子之间相互作用的影响。（3） Bangham动力学模型可以用来描述甲烷在页岩上的动态吸附过程。较高的温度和压力导致Bangham吸附速率常数较低，这使得页岩更难吸附甲烷分子。这与甲烷在页岩上的绝对吸附等温线的热力学研究结论是一致的。
图：研究页岩样品的岩心照片(a)和高压吸附分析仪示意图(b)。
图：不同温度下还原部分的过量吸附量与压力之间的关系。
图：甲烷吸附的标准熵(ΔS °)与等吸附热(Qst)曲线。
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