一种多孔介质粘性指进中的流体混合行为的权重分析方法

本发明涉及二氧化碳捕集与驱油封存，尤其是涉及一种多孔介质粘性指进中的流体混合行为的权重分析方法。

背景技术：

1、在二氧化碳捕集与驱油封存技术中，当二氧化碳注入油藏且处于超临界状态时，二氧化碳能与石油互溶，在驱替过程中由于两种流体的粘性差异将产生粘性指进现象，粘性指进的发生会影响两流体间的传质，从而影响驱替效率即石油采收率。

2、在二氧化碳混相驱油过程中，互溶粘性指进的发生能促进二氧化碳与原油的混合，二氧化碳溶于原油后，原油的粘度降低，能更容易的被驱替出来，从而提高石油采收率。

3、但目前对于多孔介质内互溶驱替的过程进行研究较少，流体传质机理不明，尤其是多孔介质粘性指进中的流体混合行为中，各影响因素对过程的影响不明，因此亟需一种多孔介质粘性指进中的流体混合行为的权重分析方法，以对多孔介质粘性指进中的流体混合行为中的影响因素进行分析，促使二氧化碳更好的以指进形式渗入原油中，两者混合更迅速，原油的粘度降低得越早，从而原油能更快地被驱替出来。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种多孔介质粘性指进中的流体混合行为的权重分析方法，通过建立单孔内粘性指进与流体混合的相互作用模型，得到标量耗散率在单孔粘性指进过程中的演化规律，并基于单孔粘性指进过程对多孔介质内粘性指进与流体混合相互作用的进行微观研究，分析多孔介质粘性指进中的流体混合行为的影响因素的影响权重，对二氧化碳混相驱油过程起到指导作用。

2、本发明可以通过以下技术方案来实现：

3、本发明的目的是提供一种多孔介质粘性指进中的流体混合行为的权重分析方法，所述方法包括如下步骤：

4、s1、将多孔介质视为多个单孔的排列组合，建立单孔内粘性指进的控制方程组；

5、s2、采用耦合格子boltzmann模型对控制方程组进行简化；

6、s3、基于不同佩克莱数下单孔内互溶驱替的情况，获得佩克莱数对单孔内互溶驱替的影响；

7、s4、引入标量耗散率衡量单孔流体混合的速率；

8、s5、由四参数生成方法生成多孔介质，建立多孔介质系统，建立粘性指进的多孔介质互溶驱替方程组；

9、s6、采用耦合格子boltzmann模型对多孔介质互溶驱替方程组进行简化；

10、s7、引入标量耗散率来衡量多孔介质中带有粘性指进不稳定性情况下流体混合的速率，建立在周期边界条件下浓度方差的演化模型；

11、s8、研究影响各向同性的多孔介质内有粘性指进影响下流体混合的行为的因素，分析各因素对流体混合的影响权重。

12、进一步地，步骤s1具体过程如下：定义单孔长为lp、宽为wp，两流体初始接触面为平面且处于x＝0.8处，驱替流体以速度u0注入，建立单孔内粘性指进的控制方程组，所述单孔内粘性指进的控制方程组为不可压navier-stokes方程耦合对流扩散方程组成的方程组，即：

13、

14、

15、其中，u为流体速度，p为压力，ν为流体动力粘度，f为外力，c为流体浓度，可用流体的温度或浓度替代，d为扩散系数。

16、进一步地，步骤s2具体过程如下：

17、采用耦合格子boltzmann模型对控制方程组进行简化，该系统有三组无量纲参数，分别为粘性比r＝lnm(m＝μ2/μ1)、re＝u0wp/ν2和pe＝u0wp/d；

18、特征速度u＝u0，特征时间t＝wp/u0，无量纲时间t＝δtnstep/t，其中δt为网格时间步长，nstep为计算所用时间步；

19、驱替流体无量纲浓度为c＝1，被驱替流体c＝0，流体粘性随流体浓度变化呈指数关系变化，即μ(c)＝μ2er(1-c)。

20、进一步地，步骤s3具体过程如下：

21、建立不同pe数下，t＝4时单孔中互溶驱替流体的浓度场分布；

22、描述不同pe数下单孔内驱替现象随时间的演变。

23、进一步地，步骤s4具体过程如下：

24、引入标量耗散率衡量单孔流体混合的速率，标量耗散率定义如下：

25、∈＝d<|▽c|2>

26、其中，<·>是对整个空间进行空间平均，∈是一个与流体的浓度梯度▽c相关的量，在pe数固定的情况下，∈越小等同于整个空间内流体的平均浓度差越小，即流体的浓度越趋于平均。

27、进一步地，步骤s5具体过程如下：

28、由四参数生成方法生成多孔介质，建立多孔介质系统，建立粘性指进的多孔介质互溶驱替方程组；

29、所述系统设置如下：在渗透率各向同性的多孔介质中分布着两种互溶流体，其粘性分别为μ2和μ1，有μ1＜μ2；两种流体由水平方向上的恒定外力fx驱动，系统上下左右均采用周期边界条件；

30、多孔介质是由四参数生成方法生成，其长度为l、宽度为w，令l＝w；

31、所述粘性指进的多孔介质互溶驱替方程组为不可压navier-stokes方程耦合对流扩散方程组成的方程组，即：

32、

33、

34、方程组在x∈[0,l/w]，y∈[0,1]中成立。

35、进一步地，步骤s6具体过程如下：

36、采用耦合格子boltzmann模型对多孔介质互溶驱替方程组进行简化,有δt＝δx＝w/ny，其中w＝1是多孔介质的宽度，ny是网格尺寸；

37、特征速度为特征时间，则无量纲时间t＝δtnstep/t，其中nstep为计算所用时间步。

38、进一步地，步骤s7具体过程如下：

39、引入标量耗散率来衡量多孔介质中带有粘性指进不稳定性情况下流体混合的速率，周期流场中的流体混合如下：

40、混合度由浓度场的整体方差σ2≡<c2>-<c>2来定义，

41、

42、其中<·>表示的是对整体区域v的空间平均,最大方差对应的是两流体完全独立时的状态。所以当平均浓度<c>＝0.5时，最大方差而对于两流体完全混合的状态，有χ＝1；

43、简化得在周期边界条件下浓度方差的演化为

44、

45、进一步地，步骤s8具体过程如下：

46、结合系统的初始设置，研究系统中影响各向同性的多孔介质内有粘性指进影响下流体混合的行为的因素，包括流体初始分布、粘性比、佩克莱数和渗透率等因素，通过数值模拟与标度分析对比，分析各因素对流体混合的影响权重。

47、进一步地，在步骤s8后，基于分析得到的各因素对流体混合的影响权重，调整各因素以加速原油驱替过程。

48、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

49、1)本技术方案所提供的多孔介质粘性指进中的流体混合行为的权重分析方法，通过建立单孔内粘性指进与流体混合的相互作用模型，得到标量耗散率在单孔粘性指进过程中的演化规律，并基于单孔粘性指进过程对多孔介质内粘性指进与流体混合相互作用的进行微观研究，分析多孔介质粘性指进中的流体混合行为的影响因素的影响权重，对二氧化碳混相驱油过程起到指导作用。

50、2)本技术方案所提供的多孔介质粘性指进中的流体混合行为的权重分析方法，分析影响粘性指进发生的因素及影响权重，得到影响粘性指进发生的主控因素及次要因素。

51、3)本技术方案所提供的多孔介质粘性指进中的流体混合行为的权重分析方法，分析得到pe数和粘性比是影响粘性指进发生的主控因素，在pe数远大于1，粘性比较大时粘性指进明显，在pe＞＞1时，pe数越小，初始流体界面面积、粘性比、渗透率较大的情况下，可使co2更好地以指进形式渗入原油中，两者迅速混合，原油粘度降低得越早，从而原油能更快速有效地被驱替出来。