稠油熱化學(xué)驅(qū)滲流數(shù)學(xué)模型及數(shù)值模擬研究

稠油熱化學(xué)驅(qū)滲流數(shù)學(xué)模型及數(shù)值模擬研究稠油熱化學(xué)驅(qū)滲流數(shù)學(xué)模型及數(shù)值模擬研究

摘要：

稠油熱化學(xué)驅(qū)(EOR)是一種有效的油藏采收技術(shù)，能夠提高采油率和油藏儲量。本文以一種典型的稠油儲層為例，建立了一種相應(yīng)的熱化學(xué)驅(qū)數(shù)學(xué)模型。其中，考慮了非等溫效應(yīng)、非等擴(kuò)散效應(yīng)和相變效應(yīng)等因素。數(shù)值模擬結(jié)果表明：相比于其他驅(qū)油方法，稠油熱化學(xué)驅(qū)(EOR)對于提高采收率和降低粘度有著明顯的效果。通過對不同操作參數(shù)的敏感性分析，得出了最佳的操作條件和對采集效果的影響。因此，本文對于稠油儲層的開發(fā)和利用有著重要的意義。

關(guān)鍵詞：稠油熱化學(xué)驅(qū)、數(shù)學(xué)模型、數(shù)值模擬、采收率、操作參數(shù)。

引言：

稠油是指黏度較高的重質(zhì)原油，通常在5000mPa.s以上，通常是由硫、氧和氮等非烴類物質(zhì)引起的。稠油儲層的主要特點(diǎn)是孔隙度低、滲透率小、黏度大等。為了提高稠油油藏采收率和油藏儲量，需要采用一些有效的采收技術(shù)。在不同的儲層情況下，選擇不同的采收技術(shù)非常重要。稠油熱化學(xué)驅(qū)(EOR)是一種有效的油藏采收技術(shù)，可以通過往儲層注入熱和化學(xué)物質(zhì)來改善油藏的物理和化學(xué)特性，提高采油率和油藏儲量。本文的目的是建立一種數(shù)學(xué)模型來描述稠油熱化學(xué)驅(qū)(EOR)過程，并進(jìn)行數(shù)值模擬。同時(shí)，本文通過對不同操作參數(shù)的敏感性分析，得出最佳的操作條件和對采集效果的影響。

模型：

稠油熱化學(xué)驅(qū)(EOR)是一個(gè)復(fù)雜的物理、化學(xué)和流動過程，涉及到多個(gè)因素。因此，建立一個(gè)綜合考慮了多種因素的數(shù)學(xué)模型非常重要。在本文中，我們考慮以下因素：

1.熱效應(yīng)

熱效應(yīng)是稠油熱化學(xué)驅(qū)(EOR)的基本機(jī)理之一。在注入高溫液體后，油藏的溫度會升高。然后，由于油的黏度隨溫度升高而降低，油的流動性得到提高，從而提高了采收率。因此，我們考慮不等溫條件下的質(zhì)量守恒方程和能量守恒方程來描述稠油油藏的流動和熱傳遞過程。

$$

\begin{aligned}\frac{\partial\rho}{\partialt}+\nabla\cdot(\rho\mathbf{u})&=0(1)\\\rho_{f}C_{pf}\frac{\partialT}{\partialt}&=\nabla\cdot(\lambda\nablaT)+H_{res}+Q-\rhoC_{pf}u_{i}\frac{\partialT}{\partialx_{i}}(2)\\\rhoC_{pf}u&=-k\nablap+\rhog+\mu\nabla^{2}u(3)\end{aligned}

$$

其中，(1)式為質(zhì)量守恒方程，$\rho$為密度，$\mathbf{u}$為速度。(2)式為能量守恒方程，$T$為溫度，$\lambda$為導(dǎo)熱系數(shù)，$H_{res}$為釋放的化學(xué)熱，$Q$為注入的熱量。(3)式為動量守恒方程，$k$為滲透率，$p$為壓力，$g$為重力加速度，$\mu$為粘度。

2.化學(xué)效應(yīng)

化學(xué)效應(yīng)是稠油熱化學(xué)驅(qū)(EOR)過程中的另一種重要機(jī)理。在注入化學(xué)物質(zhì)后，化學(xué)反應(yīng)會發(fā)生，從而改變油的pH值、組分和粘度等物理化學(xué)特性。因此，化學(xué)反應(yīng)應(yīng)該在數(shù)學(xué)模型中考慮。在本文中，使用質(zhì)量守恒方程和亞穩(wěn)烷化反應(yīng)速率方程來描述化學(xué)反應(yīng)：

$$

-\boldsymbol{\nabla}\cdot(\phi\vec{q}\text{w})-\sum_{j=1}^{n}\frac{\partialc_{j}}{\partialt}\mathscr{M}_{j}+\sum_{j=1}^{N}O_{j}R_{j}=0(4)

$$

$$

R_{j}=k_{j}c_{n}^{a_{\mathrm{j}}}c_{\mathrm{h}}^{b_{\mathbf{j}}}-k_{\mathrmqoq6o44}c_{j},j=1,2,\ldots,N(5)

$$

其中，(4)式為質(zhì)量守恒方程，$\phi$為孔隙度。$\vec{q}$為滲透率張量。$c_j$為物質(zhì)的摩爾濃度，$\mathscr{M}_j$為物質(zhì)$j$的摩爾質(zhì)量。$R_j$為反應(yīng)速率。$k_j$為反應(yīng)速率常數(shù)。$O_j$為亞穩(wěn)烷化反應(yīng)的摩爾數(shù)。$c_n$和$c_h$分別為甲烷和異丙烷的摩爾濃度。$k_d$為自催化反應(yīng)系數(shù)。

3.相變

稠油常常有相變的情況，例如在注入高溫液體后，油的溫度越過了它的沸點(diǎn)，油的相就會發(fā)生變化。在油的相變過程中，可能會產(chǎn)生不穩(wěn)定性和奇異性。因此，在建立數(shù)學(xué)模型時(shí)，需要考慮種種因素。在本文中，采用了非等（自）平衡相變模型，該模型增加了一個(gè)積分核，用于捕捉相變的影響：

$$

{\rho_{G}}{\frac{\partial(iG)}{\partialt}}+{\rho_{L}}{\frac{\partial(iL)}{\partialt}}=\sigma(i,T)+k_{G}\boldsymbol{\nabla}\cdot\left(\tau\boldsymbol{\nabla}\lnG\right)-k_{L}\boldsymbol{\nabla}\cdot\left(\tau\boldsymbol{\nabla}\lnL\right)(6)

$$

其中，$i$是叉燈核函數(shù)。$G$和$L$分別為氣相和液相的摩爾數(shù)。$\sigma$為熱力學(xué)勢函數(shù)。$\tau$為間距，$k_G$和$k_L$分別為氣相和液相的傳遞率。

模型求解：

本文采用有限元方法對稠油熱化學(xué)驅(qū)(EOR)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了數(shù)值模擬，利用COMSOLMultiphysics軟件進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算。采用穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)的方法對數(shù)學(xué)模型進(jìn)行求解，得到了稠油儲層的物理特性隨時(shí)間和操作參數(shù)的變化情況。

結(jié)果與分析：

通過數(shù)值模擬，我們發(fā)現(xiàn)稠油熱化學(xué)驅(qū)(EOR)可以提高采收率和降低粘度。相比于其他驅(qū)油方法，稠油熱化學(xué)驅(qū)(EOR)對采收率和粘度的改善效果更為明顯。通過對不同操作參數(shù)的敏感性分析，我們發(fā)現(xiàn)溫度、注入量、反應(yīng)速率等參數(shù)對于稠油熱化學(xué)驅(qū)(EOR)具有重要影響。特別地，高溫和高注入量可以顯著提高采收率和降低粘度。因此，在稠油開發(fā)過程中，稠油熱化學(xué)驅(qū)(EOR)是一種非常好的選擇。

結(jié)論：

本文建立了一個(gè)稠油熱化學(xué)驅(qū)(EOR)數(shù)學(xué)模型，并對模型進(jìn)行了數(shù)值模擬，得出了稠油儲層的物理特性隨操作參數(shù)的變化情況。數(shù)值模擬結(jié)果表明，稠油熱化學(xué)驅(qū)(EOR)對于提高采收率和降低粘度有非常好的效果。因此，稠油熱化學(xué)驅(qū)(EOR)是一個(gè)非常好的稠油開發(fā)選擇稠油熱化學(xué)驅(qū)(EOR)是一種有效的驅(qū)油方法，可以提高采收率和降低粘度。在本文中，我們建立了一個(gè)稠油熱化學(xué)驅(qū)(EOR)數(shù)學(xué)模型，并采用有限元方法進(jìn)行了數(shù)值模擬。

通過數(shù)值模擬，我們發(fā)現(xiàn)稠油熱化學(xué)驅(qū)(EOR)的效果非常好，可以顯著改善油藏的物理特性。與其他驅(qū)油方法相比，稠油熱化學(xué)驅(qū)(EOR)對采收率和粘度的改善效果更為明顯。特別地，高溫和高注入量可以顯著提高采收率和降低粘度。

我們還對不同操作參數(shù)的敏感性進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)溫度、注入量、反應(yīng)速率等參數(shù)對于稠油熱化學(xué)驅(qū)(EOR)具有重要影響。因此，在稠油開發(fā)過程中，需要合理選擇操作參數(shù)，以達(dá)到最佳的驅(qū)油效果。

綜上所述，稠油熱化學(xué)驅(qū)(EOR)是一個(gè)非常好的稠油開發(fā)選擇，可以提高采收率和降低粘度。本文的數(shù)值模擬結(jié)果可以為稠油熱化學(xué)驅(qū)(EOR)的實(shí)際應(yīng)用提供一定的指導(dǎo)和參考在實(shí)際應(yīng)用中，稠油熱化學(xué)驅(qū)(EOR)需要根據(jù)不同的油藏特性和操作參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。例如，隨著注入量的增加，油藏中的溫度和化學(xué)反應(yīng)速率也會增加，進(jìn)而影響采收率和粘度的改善效果。因此，選擇合適的注入量是至關(guān)重要的。

此外，稠油熱化學(xué)驅(qū)(EOR)還需要考慮地質(zhì)條件和環(huán)保因素。例如，在巖石熱分解過程中，可能會產(chǎn)生有害氣體和固體廢棄物，需要進(jìn)行安全處理和處理。因此，在稠油熱化學(xué)驅(qū)(EOR)的實(shí)際應(yīng)用中，需要兼顧經(jīng)濟(jì)、技術(shù)和環(huán)保等多方面的因素，以達(dá)到最優(yōu)的稠油開發(fā)效果。

總之，稠油熱化學(xué)驅(qū)(EOR)是一種有效的稠油開發(fā)方法，具有顯著的采收率和粘度改善效果。在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)不同的油藏特性和操作參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，并兼顧經(jīng)濟(jì)、技術(shù)和環(huán)保等多方面的因素。未來，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，稠油熱化學(xué)驅(qū)(EOR)將會有更廣泛的應(yīng)用前景另外一個(gè)需要考慮的因素是稠油熱化學(xué)驅(qū)(EOR)的適用范圍。由于該方法需要在油藏中注入特定的化學(xué)物質(zhì)和熱能，因此并不適用于所有類型的油藏。一些油藏可能因?yàn)榈刭|(zhì)條件和巖石成分等因素而不適用該方法。因此，在采用稠油熱化學(xué)驅(qū)(EOR)時(shí)，需要根據(jù)實(shí)際情況認(rèn)真評估其適用性。

此外，稠油熱化學(xué)驅(qū)(EOR)的高成本也是需要考慮的一個(gè)因素。與傳統(tǒng)采油方法相比，稠油熱化學(xué)驅(qū)(EOR)需要更高的成本，包括注入化學(xué)物質(zhì)和熱能的成本以及相關(guān)設(shè)備和人工的成本。因此，在實(shí)際應(yīng)用中需要根據(jù)油藏開采潛力和市場預(yù)期等因素進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益分析。

最后，稠油熱化學(xué)驅(qū)(EOR)的應(yīng)用也需要考慮社會和環(huán)境因素。稠油熱化學(xué)驅(qū)(EOR)會在油藏中產(chǎn)生廢水和廢氣等環(huán)境問題，這些問題需要得到合理的處理和解決。此外，稠油熱化學(xué)驅(qū)(EOR)作為一種非常能源密集型的方法，其能源消耗和碳排放等問題也需要考慮。

綜合來說，稠油熱化學(xué)驅(qū)(EOR)是一種非常有前景的稠油開發(fā)方法，但其應(yīng)用