基于不可逆热力学和热流体学原理的油藏复杂渗流机理研究

油藏多孔介质复杂渗流问题，是一项跨学科的交叉研究课题，目前开展的研究多是基于油藏工程和渗流力学为基础进行的，渗流过程中涉及的一些基础科学问题（包括一些热科学问题）尚未完全阐明，需要采用包括热科学等在内的更为广泛的多学科交叉方法进行研究。本课题采用不可逆热力学、热流体学、渗流力学和油藏工程等多学科交叉方法，开展油藏复杂渗流机理研究，研究内容包括基于不可逆热力学原理的油藏渗流机理和驱油特性研究、油藏多孔介质非平衡"热渗流"过程"非确定性"问题研究、设计研制油藏渗流过程热壅塞模拟实验装置和完善HBCD-70型低渗透岩心蒸汽驱油模拟实验装置并进行相关实验、利用CMG-STARS软件对油藏进行数值模拟，提出强化油藏渗流的热科学方法等。本项研究以期使不可逆热力学、热流体学和渗流力学等学科相互渗透和发展，使油藏渗流机理研究更加深入和全面，所取得的研究成果对提高油气采收率具有重要的理论和现实意义。

我国大多主力油田（如大庆、胜利、辽河等）已处于开采的中后期,进入了以提高原油采收率(Enhanced Oil Recovery简称EOR)为主的三次采油阶段。与一次采油阶段和二次采油阶段相比，三次采油阶段需要的技术攻关难度增大，资金投入增加，同时采出液处理工艺复杂、环境保护压力也增大。就油藏多孔介质渗流问题研究而言，目前多是以油藏工程和渗流力学等学科知识为基础进行的，一系列基础科学和应用问题尚未完全阐明，需要采用包括热科学等更为广泛的多学科交叉方法进行研究，从基础理论、模拟实验分析和先导试验等三个方面进行探索性和创新性研究，深入剖析驱油机理，进而提出适合我国油田特点的提高油气采收率的方法和措施。本课题设置的研究内容包括：基于不可逆热力学原理的油藏渗流机理和驱油特性研究、油藏多孔介质非平衡“热渗流”过程“非确定性”问题研究、设计研制油藏渗流过程热壅塞模拟实验装置和完善HBCD-70型低渗透岩心蒸汽驱油模拟实验装置并进行相关实验、利用CMG-STARS软件对油藏进行数值模拟，提出强化油藏渗流的热科学方法等。经过4年的攻关研究，课题取得了一些创新成果，包括：1、基于不可逆热力学局域平衡、连续性假设原理，根据质量守恒方程、动量方程及能量守恒方程推导出了热力采油复杂渗流过程的熵平衡方程和熵产方程；2、在建立热力开采油藏多孔介质复杂渗流数学模型中，考虑了导热和扩散作用及蒸汽的相变作用，给出了包括油、水蒸气及水等相关因素的方程；3、基于工程热力学、传热传质学、渗流力学等多学科交叉方法，提出了多孔介质复杂渗流过程表征体单元热质传递分析模型；4、基于表征单元体建立了油藏多孔介质多场耦合“三箱”模型，即黑箱模型、灰箱模型和白箱模型，据此提出了多孔介质的“黑箱→灰箱→白箱”分析过程；5、推导了黑箱模型和灰箱模型下油藏多孔介质REV的导热系数计算公式，引入了孔隙通道分布系数，分析了孔隙分布对导热系数的影响；6、利用分形理论，基于量纲统一原则建立了油藏多孔介质的流量和渗透率模型方程，分析了不同尺度层级间的尺度效应。本项研究使不可逆热力学、热流体学和渗流力学等学科相互渗透和发展，使油藏渗流机理研究更加深入和全面，所取得的研究成果对提高油气采收率具有重要的理论和现实意义。