邊底水碳酸鹽巖氣藏提高采收率的微觀驅(qū)氣效率

吳克柳 朱清源 陳掌星,2 李 靖 馮 東 王牧原 郭世強(qiáng) 郭豫川

1.“油氣資源與探測(cè)”國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室?中國(guó)石油大學(xué)（北京） 2.加拿大卡爾加里大學(xué)化學(xué)與石油工程系

0 引言

邊底水碳酸鹽巖氣藏儲(chǔ)量豐富，廣泛分布在塔里木盆地、四川盆地、鄂爾多斯盆地[1]。該類(lèi)氣藏在開(kāi)發(fā)中后期會(huì)出現(xiàn)邊底水侵，引起驅(qū)氣效率和采收率的下降[2]。水侵后，復(fù)雜的氣水接觸關(guān)系會(huì)引起額外的流動(dòng)阻力。對(duì)于非均質(zhì)性較強(qiáng)的碳酸鹽巖儲(chǔ)層，水竄或繞流會(huì)造成大量圈閉氣，降低波及效率[3-4]。此類(lèi)氣藏開(kāi)發(fā)，不僅要研究宏觀礦場(chǎng)尺度的生產(chǎn)動(dòng)態(tài)特征，還要揭示微觀孔隙尺度的水氣兩相滲流機(jī)制，才能更好地明確微觀驅(qū)氣效率的主控因素，指導(dǎo)氣井生產(chǎn)制度優(yōu)化，從而提高氣藏開(kāi)發(fā)效果。

近年來(lái)，隨著微觀孔隙結(jié)構(gòu)研究手段的進(jìn)步，許多學(xué)者通過(guò)巖石鑄體薄片或CT掃描直接觀測(cè)碳酸鹽巖的微觀孔隙結(jié)構(gòu)，結(jié)合激光刻蝕技術(shù)[5-9]或微電子光刻等手段[10]，建立能夠反映地下真實(shí)多孔介質(zhì)的玻璃刻蝕模型?；诖四Ｐ烷_(kāi)展氣水兩相流動(dòng)物理模擬，觀測(cè)氣驅(qū)水、水驅(qū)氣過(guò)程中水氣分布及兩相滲流特征?？梢暬瘜?shí)驗(yàn)表明，水驅(qū)氣形成封閉氣的方式有指進(jìn)、卡斷、孔隙盲端和角隅、H孔道、繞流等[8]。借助圖像處理技術(shù)，還可定量分析氣水分布模式[11]。

相較于物理模擬，研究人員還可直接在多孔介質(zhì)孔隙空間內(nèi)開(kāi)展計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（Computational Fluid Dynamics，CFD）的數(shù)值模擬，更加靈活精細(xì)地揭示孔隙尺度單相或多相流體滲流規(guī)律[12]。許多學(xué)者通過(guò)不同數(shù)值模擬方法，如水平集法[13]、相場(chǎng)法[14]、格子玻爾茲曼[15-16]、孔隙網(wǎng)絡(luò)模擬[17]等，研究了水驅(qū)油[14]、氣驅(qū)油[15,18]、滲吸[19]等過(guò)程中的多相滲流特征。然而，關(guān)于水驅(qū)氣的直接數(shù)值模擬研究較少，雖然有學(xué)者通過(guò)水平集法研究了煤層[13]、土壤[20]、花崗巖[21]等多孔結(jié)構(gòu)中的水氣滲流，但Akhlaghi等[22]研究表明相場(chǎng)法更適合于多孔介質(zhì)兩相流動(dòng)問(wèn)題。為此，本文將從孔隙尺度數(shù)值模擬的角度，采用相場(chǎng)方法研究邊底水碳酸鹽巖氣藏水驅(qū)氣滲流特征，探究明確微觀驅(qū)氣效率的主控因素，嘗試為提高采收率方案設(shè)計(jì)提供理論指導(dǎo)。

1 孔隙尺度水氣流動(dòng)模擬

為構(gòu)建孔隙尺度水氣非混相流動(dòng)模擬方法，提出以下假設(shè)條件：①水氣兩相均不可壓縮；②忽略重力影響；③忽略氣在水中的溶解；④多孔介質(zhì)內(nèi)氣水流動(dòng)符合等溫層流。

1.1 流體運(yùn)動(dòng)方程

流體運(yùn)動(dòng)方程為質(zhì)量和動(dòng)量守恒方程，即連續(xù)性方程和N-S方程為[23]：

式中u表示流速，m/s；ρ表示密度，kg/m3；t表示時(shí)間，s；p表示流體壓力，Pa；I表示單位向量；μ表示動(dòng)力黏度，Pa·s；Fst表示兩相界面張力項(xiàng)，由下文相變量獲得，N/m3。

1.2 界面追蹤方程

多相流動(dòng)的CFD方法通過(guò)N-S方程描述多相流體流動(dòng)機(jī)制，同時(shí)耦合關(guān)于相變量的對(duì)流擴(kuò)散方程實(shí)現(xiàn)界面追蹤，如：水平集法、相場(chǎng)法、流體體積法等。Akhlaghi等研究表明，相場(chǎng)法更適合于模擬多孔介質(zhì)中非混相兩相流動(dòng)[22]。本研究中采用相場(chǎng)法，該方法將多相界面描述為具有一定厚度的擴(kuò)散界面層，在此區(qū)域相變量?逐漸由－1（某一相）過(guò)渡到1（另一相），因此其本質(zhì)上仍為連續(xù)方法而無(wú)須區(qū)分相與界面[24-25]。相變量的演化方程為由自由能引出的Cahn-Hilliard方程，描述了對(duì)流和擴(kuò)散作用影響下的相分離過(guò)程[26]。

式中?表示無(wú)因次相變量；γ表示遷移率，表示擴(kuò)散作用對(duì)界面的影響，m2·s/kg；λ表示混合自由能密度，N；ε表示界面厚度，與λ共同決定界面張力，m；ψ表示相場(chǎng)助變量，將原來(lái)的四階對(duì)流擴(kuò)散方程變?yōu)槭剑?）中兩個(gè)待求解的二階偏微分方程，從而降低求解難度[24]。

界面張力為單位表面積的額外自由能，表示為[24,27]：

自由能函數(shù)對(duì)相變量的變分可獲得化學(xué)勢(shì)G為[24]：

進(jìn)而可求出界面張力作用項(xiàng)為[24]：

計(jì)算域內(nèi)流體的密度和黏度為兩相對(duì)應(yīng)物理量的體積平均為[25]：

式中下標(biāo)w和g分別表示水相和氣相。

運(yùn)動(dòng)方程的固體邊界條件為無(wú)滑移邊界，且相變量不穿越固體邊界為：

式中un表示固體壁面的流體速度，m/s；n表示固體壁面的單位法向量；θ為接觸角，（°）。

1.3 動(dòng)態(tài)接觸角

由式（8）可以看出，潤(rùn)濕角決定了相變量在邊界的演化。為了更準(zhǔn)確描述水氣前緣的形態(tài)和推進(jìn)過(guò)程，本文采用動(dòng)態(tài)潤(rùn)濕角，即潤(rùn)濕角隨三相接觸線(xiàn)速度而變化?；谒畡?dòng)力學(xué)理論，Cox詳細(xì)推導(dǎo)出了動(dòng)態(tài)潤(rùn)濕角模型[28]，即θd3～Ca。本文采用基于Cox水動(dòng)力學(xué)模型的簡(jiǎn)化形式[29]為：

式中θd、θe分別表示動(dòng)態(tài)潤(rùn)濕角、平衡接觸角，（°）；Ca表示毛細(xì)管（以下簡(jiǎn)稱(chēng)毛管）數(shù)，表征黏滯力和毛管力的相對(duì)強(qiáng)度，Ca = μv/σ，無(wú)量綱；Lma表示宏觀尺度，對(duì)應(yīng)孔喉尺寸，m；Lmi表示微觀尺度，對(duì)應(yīng)分子尺寸，m。在多數(shù)研究中，通常取χ=16[30]。需要指出，毛管數(shù)中的速度為三相接觸線(xiàn)速度?？紤]到難以直接捕捉每一個(gè)三相接觸點(diǎn)的速度，在以下研究中使用入口速度近似。

2 模型驗(yàn)證

2.1 分層兩相流

為了驗(yàn)證相場(chǎng)模型是否適合描述非混相流動(dòng)，進(jìn)行了經(jīng)典分層兩相流測(cè)試[15]。如圖1所示，兩平板高度2b，中心位于y=0，其中a>|y|>0為非濕相區(qū)域，|y|>a為濕相區(qū)域。在x方向?qū)蓞^(qū)域分別施加Gw和Gnw的體積力。兩種流體密度相同，黏度不同，并服從泊肅葉流動(dòng)，則速度剖面的理論解析解為：

圖1 分層兩相流示意圖

式中 A1=-Gnw/2μnw，A2=-Gw/2μw，B2=2(A1M-A2)a，C1=(A2-A1)a2-B2(b-a)-A2b2，C2=A2b2-B2b；M 表 示 非濕相與濕相運(yùn)動(dòng)黏度比。

構(gòu)建200×100 μm的二維平板，濕相與非濕相黏度分別為1 mPa·s和0.01 mPa·s，分別施加體積力，計(jì)算結(jié)果如圖2所示?？梢钥闯鰯?shù)值解與解析解一致。

圖2 分層兩相流速度剖面數(shù)值解與解析解對(duì)比圖

2.2 單管滲吸

為了驗(yàn)證相場(chǎng)方法是否適用于描述流固作用力引起的接觸角問(wèn)題，將模型數(shù)值解與Lucas?Washburn方程解析解進(jìn)行對(duì)比[15]。如圖3所示，建立毛細(xì)填充的滲吸數(shù)值模型。模型與濕相流體相鄰，初始時(shí)刻充滿(mǎn)非濕相流體，在毛細(xì)管動(dòng)力和黏滯阻力共同作用下，濕相流體自發(fā)滲吸驅(qū)替非濕相流體。忽略重力和慣性力時(shí)，獲得滲吸距離的理論解為：

圖3 毛細(xì)填充模型示意圖

式中D表示毛細(xì)管直徑，m；x表示滲吸距離，m；L表示毛細(xì)管長(zhǎng)度，m；t表示滲吸時(shí)間，s。

數(shù)值模型中，D=30 μm，L=1 000 μm，μw=0.01 Pa·s，μnw=0.001 Pa·s，界面張力0.08 N/m，平衡接觸角θ=30°，兩相密度均為1 000 kg/m3。如圖4所示，滲吸前期，慣性力影響大，考慮慣性影響的數(shù)值解低于理論解；而滲吸后期，慣性力影響減弱，數(shù)值解較好地符合解析解。

圖4 滲吸距離數(shù)值解與解析解對(duì)比圖

3 結(jié)果與討論

采用隨機(jī)生長(zhǎng)四參數(shù)生成法（quartet structure generation set，QSGS），通過(guò)控制各個(gè)方向的固相生長(zhǎng)概率，構(gòu)建300 μm×300 μm的非均質(zhì)多孔介質(zhì)[31]，用以代表碳酸鹽巖儲(chǔ)層水氣滲流空間（圖5-a）。

圖5 多孔介質(zhì)生成過(guò)程圖

然后通過(guò)腐蝕膨脹平滑基質(zhì)巖石顆粒的輪廓[32]，分割相鄰巖石顆粒狹窄膠結(jié)區(qū)域的連接，同時(shí)去掉顆粒周?chē)?xì)小的突出部分（圖5-b）。為了凸顯非均質(zhì)性，手動(dòng)添加若干巖石顆粒，最后進(jìn)行網(wǎng)格剖分及有限元求解，網(wǎng)格平均質(zhì)量為0.847 8（圖5-c）。使用前文所述相場(chǎng)模型模擬水驅(qū)氣過(guò)程。在基礎(chǔ)算例中，水和甲烷氣的密度 ρw和 ρg分別為 1 000 kg/m3和 100 kg/m3；黏度μw和μg分別為1 mPa·s和0.01 mPa·s；界面張力50 mN/m；式（3）中界面厚度為最大網(wǎng)格尺寸的1/4。

模型初始飽和氣，假設(shè)左側(cè)連接水體，水相從左端恒流量（0.2 m/s）流入；水氣從右端流出，靜壓0 Pa；巖石表面親水，平衡潤(rùn)濕角60°；流體在巖石表面無(wú)滑移。由于界面厚度與網(wǎng)格尺寸有關(guān)，因此需進(jìn)行網(wǎng)格獨(dú)立性檢驗(yàn)。如圖6所示，可以看出，不同網(wǎng)格數(shù)下模擬結(jié)果基本一致。為了保證計(jì)算效率和精度，本研究中選取網(wǎng)格數(shù)為93 400。

圖6 網(wǎng)格獨(dú)立性檢驗(yàn)圖

3.1 剩余氣分布及形成機(jī)理

圖7為基礎(chǔ)算例不同驅(qū)替時(shí)刻的剩余氣分布，白色為巖石顆粒，紅色為水相，藍(lán)色為氣相。剛開(kāi)始注入水相時(shí)，界面推進(jìn)相對(duì)均勻。當(dāng)界面接觸到小孔喉區(qū)域（圖7-a紅色框）時(shí)，會(huì)突然加速，該現(xiàn)象對(duì)應(yīng)于實(shí)驗(yàn)中觀測(cè)到的毛管指進(jìn)[8]。這是由于小孔喉區(qū)域內(nèi)，驅(qū)替壓差和較強(qiáng)的毛細(xì)管動(dòng)力對(duì)流動(dòng)的促進(jìn)作用克服了黏滯阻力的抑制作用。當(dāng)界面移動(dòng)出小孔喉區(qū)域時(shí)，水氣界面形態(tài)在喉道出口處發(fā)生反轉(zhuǎn)，毛管力由動(dòng)力變?yōu)樽枇Γ斐深~外毛管阻力（圖7-c紅藍(lán)框），即毛細(xì)閥效應(yīng)[33-34]。且孔徑越小，阻力效應(yīng)越嚴(yán)重（圖7-c紅框）。這種滯后現(xiàn)象，緩解了毛管指進(jìn)引起的水相快速突破，一定程度地促進(jìn)了水線(xiàn)的均勻發(fā)展。在圖7-d、e中，觀察到大孔喉中（紅框）界面速度高于小孔喉（藍(lán)框）中，這是由于藍(lán)色框內(nèi)迂曲度更大，造成了更多的能量損失。最終，觀察到3類(lèi)剩余氣（圖7-f）：盲端剩余氣（紅色框內(nèi)）、孔喉間剩余氣（綠色框內(nèi)）和簇狀剩余氣（藍(lán)色框內(nèi)）。需要指出，本研究中未考慮濕相驅(qū)替非濕相時(shí)，濕相在壁面上的膜狀流[35]，因此沒(méi)有觀察到喉道壁面水膜聚并對(duì)氣相造成的卡斷[8]。

圖7 基礎(chǔ)算例不同時(shí)刻剩余氣分布圖

3.1.1 盲端剩余氣

盲端剩余氣分布較分散，其形成主要取決于微觀孔隙結(jié)構(gòu)。如圖8-a所示，當(dāng)界面前緣遇到盲端孔隙后，受壁面吸附力作用，水會(huì)流向盲端孔隙，此時(shí)界面發(fā)生變形，曲率半徑變大[35]。當(dāng)界面與孔隙邊界頂點(diǎn)相切時(shí)（0.4 ms），界面被截?cái)?，在盲端孔隙中形成新的界面并在毛管力的作用下迅速變形，束縛住盲端內(nèi)部氣體。第二種形成機(jī)制是多個(gè)界面在盲端孔隙外聚并，分割了盲端孔隙內(nèi)外氣相（圖8-e）。滯留氣量取決于孔喉比、潤(rùn)濕性、驅(qū)替速度。如圖8所示，驅(qū)替速度越大（圖8-a、b對(duì)比）、盲端孔隙越深（圖8-a、c對(duì)比）、孔喉比越大（圖8-a、d對(duì)比），盲端孔隙氣體滯留比例越大。若要減少盲端剩余氣的形成，需降低采氣速度；若要?jiǎng)佑靡研纬傻拿ざ耸Ｓ鄽?，即使提高?qū)替速度也難以啟動(dòng)，只有生產(chǎn)端降壓引起氣體膨脹，改變壓力狀態(tài)，方可動(dòng)用。

圖8 盲端剩余氣形成過(guò)程圖

3.1.2 孔喉間剩余氣

孔喉間剩余氣的形成機(jī)理有兩種。第一種來(lái)源于喉道連接的兩個(gè)孔隙內(nèi)水相同時(shí)流入。如圖9-a所示，界面前緣推進(jìn)至某一孔隙時(shí)，水會(huì)流向喉道。當(dāng)相鄰孔隙也被水充填時(shí)，水相也會(huì)向喉道內(nèi)運(yùn)移，從而將相鄰孔隙間喉道中的氣堵死。該機(jī)制同樣適合描述孔洞縫碳酸鹽巖氣藏中，連接兩個(gè)孔洞的裂縫中滯留氣柱的形成過(guò)程[10]。第二種來(lái)源于水相對(duì)氣相的分割。如圖9-b所示，0.86 ms時(shí)，紅色框內(nèi)的水氣界面在驅(qū)替壓力和毛管力作用下克服黏滯力向前流動(dòng)；0.89 ms時(shí)，界面與固體顆粒接觸（黑色框內(nèi)），形成孔喉間剩余氣柱（綠色框內(nèi)）。若要減少孔喉間剩余氣的形成，需降低采氣速度；若要?jiǎng)佑靡研纬傻目缀黹g剩余氣，需放大生產(chǎn)壓差，依靠氣泡、氣柱膨脹或打破原有壓力系統(tǒng)，最終克服毛管阻力從而流出。

圖9 孔喉間剩余氣形成過(guò)程圖

3.1.3 簇狀剩余氣

簇狀剩余氣主要是孔喉結(jié)構(gòu)非均質(zhì)性造成的界面推進(jìn)不均勻而形成的。當(dāng)發(fā)生毛管指進(jìn)時(shí)，水相在小孔喉區(qū)域的快速流動(dòng)，會(huì)繞過(guò)大孔喉區(qū)域，以至于后期無(wú)法克服簇狀剩余氣柱產(chǎn)生的毛管阻力；當(dāng)發(fā)生水動(dòng)力指進(jìn)時(shí)，小孔喉中氣體被滯留；當(dāng)多股水相優(yōu)勢(shì)通道的界面相遇時(shí)，也會(huì)將內(nèi)部區(qū)域的氣封閉，并形成滯留氣。因此，滯留氣規(guī)模主要取決于儲(chǔ)層非均質(zhì)程度及其與驅(qū)替速度的協(xié)同性。對(duì)于非均質(zhì)性較強(qiáng)的碳酸鹽巖氣藏，該問(wèn)題更加突出。若要減少簇狀剩余氣的形成，需考慮儲(chǔ)層非均質(zhì)性與采氣速度的協(xié)同性；若要?jiǎng)佑靡研纬傻拇貭钍Ｓ鄽?，需放大兩端壓差，從而使簇狀剩余氣柱克服毛管阻力流向生產(chǎn)端。

3.2 微觀驅(qū)氣效率變化機(jī)制

圖10為微觀驅(qū)氣效率和出口含水率隨驅(qū)替時(shí)間的變化曲線(xiàn)?？梢钥闯?，水相開(kāi)始侵入至0.80 ms前，氣體采出程度呈線(xiàn)性增加，出口端僅產(chǎn)氣，這是由于水氣前緣還未推進(jìn)至出口端。當(dāng)0.80 ms時(shí)，出口端見(jiàn)水，含水率臺(tái)階式上升，微觀驅(qū)氣效率增速變緩，該階段為第一條水相優(yōu)勢(shì)通道的形成（圖11-a）。當(dāng)1.06 ms時(shí)，形成第二條水相優(yōu)勢(shì)通道（圖11-b），含水率再次急劇上升，微觀驅(qū)氣效率進(jìn)一步變緩。隨后，每一次水相優(yōu)勢(shì)通道的突破或擴(kuò)大都會(huì)引起驅(qū)氣效率的增速減緩（圖11-c、d）。由此可見(jiàn)，見(jiàn)水后流場(chǎng)難以波及滯留氣區(qū)域，造成水鎖，形成殘余氣。

圖10 微觀驅(qū)氣效率變化圖

圖11 水驅(qū)氣流場(chǎng)分布圖

3.3 微觀驅(qū)氣效率影響因素

3.3.1 驅(qū)替速度

圖12展示了平衡接觸角60°和氣水界面張力70 mN/s時(shí)，注入速度分別為0.05 m/s和0.5 m/s（毛管數(shù)分別為 7.143×10－4和7.143×10－3）的水氣分布及微觀驅(qū)氣效率變化?？梢钥闯?，在本文使用的多孔介質(zhì)模型中，驅(qū)替速度越小，盲端剩余氣比例越少（與3.1中結(jié)論一致），孔喉間剩余氣也會(huì)減少。當(dāng)?shù)退衮?qū)替時(shí)，由于驅(qū)替壓差較小，毛管力占主導(dǎo)，觀察到了氣水界面流出喉道時(shí)更加嚴(yán)重的毛細(xì)閥效應(yīng)，以及更加頻繁的海恩斯跳躍現(xiàn)象。

圖12 不同驅(qū)替速度的剩余氣分布及微觀驅(qū)氣效率對(duì)比圖

3.3.2 界面張力

圖13展示了平衡接觸角60°和注入速度0.20 m/s時(shí)，界面張力分別為10 mN/m和70 mN/m（毛管數(shù)分別為2×10－2和2.857×10－3）的水氣分布及微觀驅(qū)氣效率變化。可以看出，高界面張力下，孔喉間剩余氣含量有所減少，部分區(qū)域界面推進(jìn)速度慢。這是因?yàn)?，雖然高界面張力能夠?yàn)樾】缀韼?lái)較大的毛管動(dòng)力，但當(dāng)界面形態(tài)在喉道出口發(fā)生反轉(zhuǎn)時(shí)毛管阻力也越大（圖7-c）。整體而言，高界面張力下的微觀驅(qū)氣效率略高于低界面張力。

圖13 不同界面張力的剩余氣分布及微觀驅(qū)氣效率對(duì)比圖

3.3.3 潤(rùn)濕性

圖14為注入速度0.20 m/s和界面張力50 mN/m時(shí)，接觸角分別為10°和90°的剩余氣分布和驅(qū)氣效率對(duì)比。毛管力在水濕介質(zhì)中為動(dòng)力，在中性潤(rùn)濕中由于動(dòng)態(tài)接觸角呈現(xiàn)阻力，故水濕介質(zhì)的最終驅(qū)氣效率更大，且中性潤(rùn)濕介質(zhì)的微觀驅(qū)氣效率對(duì)水相突破更加敏感。從剩余氣分布來(lái)看，中性潤(rùn)濕介質(zhì)中出現(xiàn)了更多被水相分割的小氣柱。

圖14 不同潤(rùn)濕性的剩余氣分布及微觀驅(qū)氣效率對(duì)比圖

總的來(lái)說(shuō)，微觀驅(qū)氣效率取決于水氣界面是否均勻推進(jìn)，而界面的移動(dòng)受多種力的影響[36]：

式中 pin,e、pdis、pce,e、pv,w,e、pv,nv,e、pg,e、pen,e、pfl,e分別表示慣性力、驅(qū)替壓力、毛管動(dòng)力、濕相黏滯力、非濕相黏滯力、重力、入口端效應(yīng)、和三相接觸線(xiàn)摩擦力，Pa。

對(duì)于多孔介質(zhì)中水氣流動(dòng)，由于低雷諾數(shù)（Re=ρvL/μ）和低邦德數(shù)（B=ρgr2/σ），可忽略慣性力和重力的影響；當(dāng)不考慮入口端效應(yīng)和動(dòng)態(tài)接觸角時(shí)，可忽略后兩項(xiàng)。對(duì)于水驅(qū)氣的強(qiáng)驅(qū)替動(dòng)力條件下，驅(qū)替動(dòng)力的作用強(qiáng)于毛管動(dòng)力，而且小孔道中的黏滯力更強(qiáng)，故大孔道中前緣推進(jìn)速度大于小孔道，從而將小孔道中的氣封閉[8]。相反，對(duì)于水驅(qū)氣的弱驅(qū)替動(dòng)力條件下，毛管動(dòng)力作用更顯著，毛管指進(jìn)明顯，常體現(xiàn)出小孔中推進(jìn)快，大孔中推進(jìn)慢[5]；然而這種現(xiàn)象并不是絕對(duì)的，這是由于小孔道中的黏滯阻力也很強(qiáng)，甚至大于其毛管動(dòng)力，這也是為什么某些實(shí)驗(yàn)中并未觀測(cè)到小毛管指進(jìn)現(xiàn)象[37]。因此，若要制訂使水線(xiàn)盡可能均勻推進(jìn)的氣井生產(chǎn)壓差，需揭示特定氣藏儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)和潤(rùn)濕性特征下的水驅(qū)氣力學(xué)演變規(guī)律，才能提高氣藏的開(kāi)發(fā)效果。

4 結(jié)論

本文通過(guò)耦合Cahn-Hilliard界面追蹤模型和N-S流體流動(dòng)方程，使用隨機(jī)四參數(shù)生長(zhǎng)法生成非均質(zhì)多孔介質(zhì)，并模擬了多孔介質(zhì)中水驅(qū)氣非混相滲流，獲得以下主要認(rèn)識(shí)：

1）剩余氣分布有盲端剩余氣、孔喉間剩余氣和簇狀剩余氣，其類(lèi)型和規(guī)模受微觀孔隙結(jié)構(gòu)和毛管數(shù)影響。通過(guò)改變生產(chǎn)壓差，打亂原有壓力系統(tǒng)及氣體膨脹，可進(jìn)一步提高微觀驅(qū)氣效率。

2）微觀驅(qū)氣效率的變化與滲流過(guò)程息息相關(guān)，每一條水相優(yōu)勢(shì)通道的形成或擴(kuò)大都會(huì)引起出口含水率的急劇上升并使驅(qū)氣效率的增速變緩。

3）微觀孔隙結(jié)構(gòu)、潤(rùn)濕性和毛管數(shù)都影響水氣界面的演化和微觀驅(qū)氣效率。在實(shí)際氣井生產(chǎn)中，需基于儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)和潤(rùn)濕性特征，明確水驅(qū)氣過(guò)程中界面推進(jìn)力學(xué)機(jī)制的演變規(guī)律，優(yōu)化毛管數(shù)，從而確定最大化采收率的氣井生產(chǎn)壓差。