基于OpenFOAM的多孔介质内电渗流流动特性的数值模拟研究
由于电场的存在，岩层中发生电渗的电动力学效应，使其具备对驱油方向调控的潜力和实现智能寻找驱油的功能。此外，电能可以由风能、太阳能等可再生能源提供，从而减少采油过程的碳排放，契合碳达峰、碳中和等国家重大战略需求。进一步开展研究油藏储层中复杂的流体流动问题，是增加原油产量和提高石油采收率的关键。 本文以电场作用下多孔介质渗流数学模型为基础，对多孔介质特征空间进行归纳总结,阐述了扩散双电层的形成原因与电动现象中的电渗，并推导出电渗滑移速度。最后对外电场作用下渗流的运动方程与外电场作用下渗流的连续性方程进行推导说明，并对外电场电渗流流动方法可行性进行计算验证。 基于OpenFOAM平台下开源工具箱RheoTool,利用示踪溶剂动态界面变化，对电场下多孔介质数值模拟模型进行搭建，再现微观多孔介质电渗流物理过程，针对多孔介质内电渗流流动特性进行一系列的数值模拟研究。 首先，针对外电场场强、压强与电场位置对渗流的影响规律展开研究。模拟结果表明,在多孔介质入口处施加一定范围大小的电场，会对流体渗流驱替波及起到促进作用;而在出口处或下方施加一定范围大小的电场，则会对多孔介质内的渗流起到明显阻碍作用。调整压强至较低区间范围，电场对流体作用效果比较明显，而逐渐增加压强，电场对流体作用影响逐渐减弱。 其次,设计了10组不同孔隙度大小的工况，以研究不同孔隙率对多孔介质渗流的影响。随着孔隙率的增加，流体抵达指定区域时间整体呈递增的趋势。但由于模型孔隙大小程度比较接近，以及实心区域分布的随机性，对流体抵达指定区域的时间有一定的影响，因此二者关系曲线仍存在偶然性波动情况。 最后，通过总结分析外电场渗流的影响因素，针对目前的驱替渗流工况提出改进设计与优化并设计多组工况流场对比分析，最终评估并选取了运移效率最高的工况。 本文的研究结果可为利用电场方法定向调控渗流以提高采收率提供一定的理论基础,也为电场作用提高采收率技术的开发及应用提供了全新的研究思路。
电场;复杂多孔介质;OpenFOAM;示踪溶剂
西安石油大学
硕士
化学工程
朱玉琴
2023
中文
TE341
2023-08-28（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）