稠油火驱过程中燃料沉积机制及其在多孔介质中的精细表征

Fuel deposition is one of the most significant factors influencing in-situ combustion processes of heavy crude oils, but its mechanism is not fully understood yet. The characterization of fuel deposition in the porous media is commonly fulfilled by laboratory observation, which does not give enough information for the accurate numerical simulation of in-situ combustion. Based on the laboratory runs of thermal analyses, coking and combustion tubes, the factors influencing fuel deposition and the mechanism will be discussed; The micro-CT measurements of coking sand samples are to be made to reconstruct three dimensional pore scale images. The CFD based numerical simulation is to be used to study the dynamics of fuel deposition and its effects on the oil recovery during in-situ combustion. The new methodology for fuel deposition analysis and in-situ combustion evaluation is to be established on the basis of laboratory observation, 3D characterization and numerical simulation.

结焦带燃料沉积是影响稠油火烧油层技术开发成效的重要因素。目前对稠油火驱过程中燃料的沉积机制尚未形成完整的认识，对燃料的沉积量及其分布状态的研究仍停留在二维表面观察和宏观实验参数测定，无法深入描述燃料沉积机制和进行较准确的数值模拟。该研究通过热分析、结焦实验与燃烧管实验系统地考察燃料沉积的控制因素并分析燃料沉积机制；利用显微CT技术和图像处理技术从微观上精细描述燃料在多孔介质中的分布；应用基于计算流体力学(CFD)的数值模拟方法研究火驱条件下燃料在燃烧管中的分布动态及其对火驱开发效果的影响。结合物理模拟实验、微观描述与数值模拟，建立一套分析燃料沉积及评价火驱采油的新方法，实现对火驱设计优化的目的。

稠油火烧油层的燃料沉积是一个十分复杂的过程。目前针对稠油结焦的研究报导较多，但对其形成机制尚未有系统全面的研究，而燃料在多孔介质中分布规律的相关研究尚处于萌芽状态。明确燃料的沉积机制以及精细表征其在多孔介质中的分布规律，对精确描述稠油火驱过程、深刻揭示火驱内在机理和优化火驱开发具有重大意义。本项目采用基于纳米CT的图像处理技术和基于CFD的数值模拟相结合的新方法研究火驱开采稠油过程中燃料的沉积机制，并描述其在多孔介质中的分布规律，将燃料沉积的复杂过程直观化，实现定量与定性描述燃料沉积反应机制。取得的主要研究进展、重要结果、关键数据包括：（1）将数字化岩心技术应用于描述火驱过程中燃料在多孔介质中的分布规律与沉积特征，建立了一套准确、科学的燃料沉积可视化表征方法；（2）应用ANSYS FLUENT对燃料沉积过程进行基于CFD的数值模拟，探索出一套研究稠油火烧油层过程中燃料沉积的方法。这套方法的科学意义在于能够将复杂的燃料沉积过程简单化、直观化，并且与实验数据吻合良好，能够较准确地预测燃料沉积参数，作为物理模拟实验的补充，极大地降低人力和物力成本，具有广阔的应用前景。