基于多场耦合的二氧化碳驱油机理研究

Carbon dioxide flooding can greatly improve the oil and gas recovery, in order to predict the variation rule of carbon dioxide flooding under different injection schemes, and to determine the optimal injection scheme, we need to have a very clear understanding of the migration rule and influencing factors in the whole oil displacement process. In the current theory and engineering construction, we mainly use the numerical simulation software to complete the analysis of the effect of carbon dioxide flooding, lack of in-depth knowledge of carbon dioxide flooding mechanism. We creatively introduce the ultrasonic testing technology, as a means of monitoring the carbon dioxide flooding process, to study the carbon dioxide flooding mechanism theoretically and experimentally. The results reveal the relationship between oil displacement and ultrasonic wave velocity and the method provides an effective means for monitoring the formation of carbon dioxide flooding process. At the same time, in order to study carbon dioxide flooding migration mechanism in the process of the carbon dioxide flooding in complex geological environment, we build a sophisticated model to describe this phenomenon. This model takes into the consideration of influence of the percolation mechanics, rock mechanics, thermodynamics and diffusion effect.

二氧化碳驱可以较大幅度地提高油气采收率，为了预测二氧化碳驱不同注入方案下的变化规律，并且确定最优的注入方案，需要对整个驱油过程中的运移规律和影响因素有着十分清楚的认知。在目前的理论体系和工程施工中，主要利用数值模拟软件从宏观上来分析二氧化碳驱油效果，对二氧化碳驱油具体规律和机理研究缺乏深入的认知，比如地层中二氧化碳驱油过程中饱和度的变化和驱替前缘的位置等理论问题。为了从实验和理论两方面去描述二氧化碳驱油机理与规律，本项目引入超声波测试技术作为监测二氧化碳驱油过程的手段，根据实际区块岩心测试数据的分析和处理，揭示二氧化碳驱油与超声波波速之间的对应关系，为地层监测二氧化碳驱油过程提供了有效手段。为了更深入研究二氧化碳驱替过程中的运移机理，针对二氧化碳驱替过程中复杂的地质力学环境，将渗流力学、岩石力学、热力学多物理场以及对流扩散效应相结合，建立一套二氧化碳驱油过程中的多场耦合模型。

虽然CO2驱油技术在世界范围内的各大油田都得到了广泛应用并且工艺已经日趋成熟，但是由于注气过程中常出现气窜、波及系数低和重力差异等问题，导致了驱油效率低和注气成本过高。因此如果能实时监测到储层多孔介质中含油、含气饱和度的变化情况，这将对油田CO2驱油技术提供重要的指导意义。本项目针对CO2驱替过程中复杂的地质力学环境，研制了一套基于超声波测试技术的高温高压CO2驱油测试装置，开展系列实验完成不同条件下岩心超声波波速变化与温度压力之间关系的实验测试与分析研究，建立CO2含气饱和度变化与超声波纵波速度之间的内在关系并建立定量表达经验公式，同时对公式的有效性进行验证分析，将渗流力学、岩石力学、热力学以及对流扩散效应等理论进行综合考虑和分析，从理论上建立一套CO2驱油过程中的多场耦合模型并采用数学物理方法求解，同时利用C#软件开发数值模拟软件，将计算结果与实验数据进行对比验证，并将研究结果进行现场应用。本论文所涉研究工作可拓展特定区块地下油气藏流体饱和度与超声波探测分析关系量版图实现的可行性，对深入研究CO2多场耦合机理具有重要意义，对于未来进一步优化CO2驱油工艺具有重要的工程应用价值。

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