缝洞型介质油水两相流动规律的均匀化理论与数值模拟研究

摘要

碳酸盐岩缝洞型介质储层内部含有大量的基质孔隙和丰富的孔缝结构,介质类型多,且具有强烈的非均质性、各向异性和多尺度性的特点。其内部流体流动规律复杂不同于常规油藏,传统的研究方法也不再适用,有必要对其开展进一步的研究。本文从理论研究和数值模拟这两个方面对缝洞型介质的宏观渗透率进行系统研究。对于介质类型丰富的缝洞型介质,内部流体流动非常复杂,既有缝洞区域的自由流动,又有基岩区域的渗流,两种流动形式的耦合比较困难。在微观结构上,本文采用Stokes-Brinkman方程来对两种流动方式即两种介质类型进行模拟,可以通过不同参数的选择使方程分别表示缝洞区域或基岩区域,在内部边界和填充区域也有很好的无缝衔接。在具有周期性结构的介质上,通过均匀化方法,推导出Stokes-Brinkman方程的宏观均匀化模型,并可以看出宏观模型与达西方程具有相似的形式,同时也推导出了缝洞型介质宏观渗透率的表达式。在理论研究的基础上,借助于COMSOL软件分别计算了裂缝介质、孔洞介质以及缝洞介质模型的水平方向和垂直方向渗透率,并讨论了基岩渗透率、裂缝张开度和孔洞面积及其比值对水平方向和垂直方向渗透率的影响,表明裂缝张开度是影响宏观渗透率的主要因素。最后将研究结果应用到缝洞型介质中油水两相流动,模拟出流动规律。