格子Boltzmann方法研究微裂缝形态特征对渗流的影响

• 作 者: 李昕
• 出 处: 电子科技大学
• 发表日期: 2017年01期
• 关键词: 微裂缝 格子Boltzmann方法 渗透率 数值模拟

岩石中微裂缝(即开度与孔隙在同一或略高的尺度-微米或毫米)渗流特性的研究是现在油藏微观油气渗流研究的重要方向。有包括物理岩石实验分析和数值模拟仿真等研究方法,其中数值模拟方法经济、快捷,并能对流体渗流中一些微观现象给出更好的解释和现象重现,所以有着广阔的应用前景。本文主要使用的是格子Boltzmann方法(LBM)进行数值模拟和关联性分析。LBM方法是近年来发展起来的一种数值模拟方法,是一种介于宏观与微观之间的方法,该方法同时具有微观方法和宏观方法的优势,具有可靠的计算精度,在实际问题的解决过程中具有易并行、易编程、理论清晰易懂、以及边界条件易处理等优点。本文将LBM方法应用于微裂缝渗流模拟,并在此基础上对裂缝有效开度的计算方法进行了研究。本文的工作主要分为三个方面:首先,在LBM理论层面做了两个工作:1.在二维动力学边界条件的基础上推导出了三维条件下的动力学边界条件;2.推导出了渗透率在格子单位和物理单位下的单位转换公式。其次,利用LBM方法模拟了微裂缝中的单相流的渗流过程,包括二维裂缝和三维裂缝。成功的将LBM方法应用于模拟微裂缝渗流上,并计算出了相应的裂缝渗透率。最后,研究裂缝形态特征(主要是裂缝有效开度)的量化方法,提出了通过寻找壁面中间面计算有效开度和使用除算术平均数以外的其他平均数计算有效开度这两种新的计算有效开度的方法。通过将计算的有效开度带入经典的立方定律与LBM模拟出的裂缝渗透率进行比较分析,估计了裂缝形态特征与渗透率之间的关系,也确定了本文所提出的两种有效开度的计算方法优于直接使用算术平均数计算有效开度的方法。