研究概述

    多孔介质流动是一种典型的多尺度复杂流动，许多工程中都涉及到该类流动，如油藏在岩石或填充性的储集体中的流动属于典型的一种多孔介质流动。我们对该类体系的流动主要集中在两个方面：缝洞型碳酸盐岩油藏的复杂流动研究以及空隙尺度上多孔介质复杂流动的直接模拟。我们通过采用格子玻尔兹曼方法以及光滑粒子流体力学方法等离散方法，通过考虑多孔介质内的复杂结构，可以实现孔隙尺度上的精细模拟。另外，通过多尺度方法耦合，可以实现对诸如缝洞型碳酸盐岩油藏内的多尺度复杂流动的模拟。以上研究工作都已经实现了基于GPU+CPU异构系统的大规模计算，因此可以应用高性能计算系统实现对多孔介质流动的模拟，为科学研究和工程应用提供很好的参考和指导。

研究内容和进展

    采用光滑粒子流体力学的多相流模型和研究组提出的表面张力模型，实现了对缝洞型碳酸岩盐油藏典型缝洞组合模式的油水两相不互溶驱替过程的微观模拟。研究了不同缝洞组合结构、壁面特性等对油水驱替的影响，模拟结果与物理实验结果吻合较好。
 

图1.  水平裂缝下的油水两相驱替过程模拟

图2. 亲水壁面时缝洞组合单元的驱替过程模拟

    在碳酸盐岩缝洞型油藏中，缝和洞的尺度相差非常大，属于典型的多尺度复杂流动。因此，需要根据缝洞型油藏的特点，建立起与之适应的多尺度模拟。我们通过对孔、洞和缝分别采用不同的计算模型，并考虑不同尺度的储集体和不同计算模型间的耦合，实现了多尺度耦合的多缝洞体系的大规模模拟，可以实现物理实验尺度的油藏开发研究的替代模拟。
 

图3. 多尺度缝洞组合物理实验尺度模拟

    岩石的微观孔隙结构是控制油气资源在储集体中渗流的重要因素，因此对地下油气资源的储集体—多孔介质内的复杂流动进行直接精细模拟可以为油藏的开发提供重要的数据。我们利用岩心样本的三维MicroCT数据，采用格子玻尔兹曼方法模拟了十多种岩样内的三维多孔介质复杂流动，计算了渗透率并与实验测得的渗透率进行了比较，计算结果与实验值比较吻合。

图4. 人造砂岩F42C中心切面处的介质和流场

研究人员：王小伟 周光正 李曦鹏 李博 王鹏 王利民 葛蔚