力學(xué)大會(huì)2015集高等學(xué)校學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金致密油藏亞微米超納米級(jí)滲流機(jī)

納米中邊界層效應(yīng)的流動(dòng)模擬研（大學(xué)（）石油，散粒子動(dòng)力學(xué)（DPD）方法是研究納米尺度流動(dòng)模擬可行的技術(shù)方法。本文利用DPD方法進(jìn)行了微利用統(tǒng)計(jì)方法1-10nm不同喉道半徑的流動(dòng)剖面，表征了微納米喉道中流體的邊界層特征，為 致密儲(chǔ)層細(xì)微，廣泛發(fā)育納米級(jí)系統(tǒng)[1,2]。大量研究表明，流體流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的邊界層在行的技術(shù)方法之一。DPD方法提出了“粗?；备拍睿丛S多分子的集體運(yùn)動(dòng)用一顆珠子來代表，每的；XijunFan[10]DPD方法研究了大分子在微孔道內(nèi)的滯留，發(fā)現(xiàn)不同種類聚合物的弛豫時(shí)間不一樣；AmuragKumar[11]利用DPD方法進(jìn)行了簡(jiǎn)單流體在微孔道內(nèi)的流動(dòng)模擬，發(fā)現(xiàn)粒子粗化系數(shù)較小時(shí)得到的數(shù)更準(zhǔn)確，低擴(kuò)散率和高數(shù)對(duì)水動(dòng)力學(xué)影響不大；[12]利用DPDDPD方法無法準(zhǔn)確模擬致密儲(chǔ)層中流體（油、氣、水）與巖石之間的相互作用關(guān)系，例DPD力場(chǎng)基礎(chǔ)上引入勢(shì)函數(shù)的DPD方法成功地實(shí)現(xiàn)了微圓管實(shí)驗(yàn)的數(shù)值模擬。10nm的微圓管中流體流動(dòng)以及與固體的相互作用，實(shí)現(xiàn)了納米喉道中微尺度流動(dòng)的模擬，從分 (MS)軟件中的Mesocite模塊進(jìn)行。SiO22.2g/cm3[17]1g/cm3。MS軟件中可查得單個(gè)粒子重量，通過計(jì)算，得到SiO2粒子間為4?，水粒子間為5?。相悖。因此，在進(jìn)口端設(shè)置一層SiO2屏障，防止水分子逆流。模型結(jié)構(gòu)示意圖如圖1.1所示。內(nèi)部水表面1.1模型結(jié)構(gòu)示意Warren方法[18]BpkTa （BAa—a253.5，χFlory-HugginVA

2（1.2）[19]，1.（12?式中，ηD—?jiǎng)恿φ扯龋琺Pa·s

2 （管壁吸附水膜通過添加的形式體現(xiàn)。MS軟件中作用形式共有8種。因?yàn)榕懦饬σ淹ㄟ^保守力實(shí)現(xiàn)，為了避免力的重復(fù)，且要使作用范圍較廣（至少應(yīng)大于喉道半徑，通過對(duì)比篩選，選擇LJ96X力。在微圓管物理實(shí)驗(yàn)中[15]20MPa/m時(shí)，2.5μm0.05μm，H2O55?312?65H2O粒子。根據(jù)圓管中層流0.0918kcal/mol/?LJ96XRo=5?，Do=2kcal/mol，E=1時(shí)，在距離SiO20.05μm處的H2O粒子受到的為0.0918kcal/mol/?，符合計(jì)算結(jié)果。R2r2v （▽p—壓力梯FDDrve （ 式中，γij—粒子受到的耗散力最大值

rωD—j個(gè)粒子對(duì)第i個(gè)粒子耗散力的距離權(quán)函數(shù)，Dr

,r

c c0,,r Perl2.1所示。1nm模4nm模10nm模2.1通過編程建立模MSMesocite模塊中的GeometryOptimization功能進(jìn)行。優(yōu)化后的模型能量達(dá)到0體系能量體系能量

體系能量體系能量0

1nm模 4nm模體系能量體系能量0 10nm模2.2優(yōu)化模型能量變1nm模4nm模10nm模2.3優(yōu)化后模梯度，因此通過恒速注入H2O粒子來實(shí)現(xiàn)壓力梯度的控制。通過泊肅葉（式3.1）得到不考慮3.1rq qHn 2mH2

mH2O—水分子的質(zhì)量，g半徑14粒子注入速度（個(gè)MS軟件中Mesocite模塊中DPD模塊運(yùn)行，模型半徑越大，所需要的時(shí)間越長。1nm4nm軌跡中的拋物線形狀不以外的H2O粒子被帶羥基的SiO2粒子的束縛，無法形成定向流動(dòng)，即形成邊界層。通過式邊界層厚度為6.2nm。同理，4nm模型邊界層厚度為2.8nm，1nm模型邊界層厚度為0.67nm。1nm模 4nm模10nm模3.1模型運(yùn)行軌MSMesociteH2OPerl語言編制程序模塊得到了一個(gè)橫截面上Y方向的密度數(shù)據(jù)（3210nm模型為例，從圖中可以看出，X方向上密度從左到右逐漸減小，是壓力梯度在圍觀上的體現(xiàn)；Y方向上出現(xiàn)了密度遷移，越靠近喉道邊界密度越大，密度剖面是和在Y方向上的速度分布共同作用產(chǎn)生的，1nm和4nm模型同理。1nm模 4nm模10nm模型3.2密度分布從10nm到1nm流體速度分布越來越不規(guī)則。Y坐Y坐0 速度

YY0 速度1nm模 4nm模Y坐Y坐---0.02-0.01 0.010.020.030.040.050.06速度10nm模型3.3速度分布力梯度為0.1MPa/m時(shí)的邊界層比例與喉道半徑關(guān)系的擬合，如表3.2所示。擬相關(guān)系擬相關(guān)系 y=0.6931e- 賈承造,鄒才能,等.中國致密油評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)、主要類型、基本特征及資源前景.石油學(xué)報(bào),2012,油學(xué)報(bào),2012,02:173～187.3ИЛ.油層物理化學(xué)機(jī)理.:石油工 ,1998:4.特低滲透油藏非線性滲流特征研究.[PhD :大學(xué)（）,5,,等.低滲透多孔介質(zhì)中的非線性滲流理論.力學(xué)與實(shí)踐,2013,35(05):6P.J.Hoogrebeugge,J.M.V.A.Koelman.SimulationMicroscopicHydrodynamicPhenomenawithDissipativeParticleDynamics.Europhys.Lett.,1992,19(3):155～160.7,,.耗散粒子動(dòng)力學(xué)的發(fā)展與應(yīng)用簡(jiǎn)述.科技信息,2012,09:李紅霞,.耗散粒子動(dòng)力學(xué)模擬方法的發(fā)展和應(yīng)用.力學(xué)進(jìn)展,2009,02:Y.Kong,C.W.Manke,W.G.Madden,etal.SimulationofaConfinedPolymerinSolutionUsingtheDissipativeParticleDynamicsMethod.InternationalJournalofThermophysics,1994.XijunFan,NhanPhan～Thien,NgTengYong,etal.MicrochannelflowofamacromolecularPhysicsofFluids,AnuragKumar,YutakaAsako,EiyadAbu～Nada,etal.Fromdissipativeparticledynamicsscalesto7:467～477.12,,等.介觀尺度通道內(nèi)多相流動(dòng)的耗散粒子動(dòng)力學(xué)模擬.物理學(xué)報(bào),2013,06:焜 ,.帶凹槽的微通道中液滴運(yùn)動(dòng)數(shù)值模擬.物理學(xué)報(bào),2012,03: 等發(fā)2011,03:,劉開平 錦.二氧化硅溶解度方程和地溫計(jì).地質(zhì)科技,1997,16(01):GrootR.D.,WarrenP.B.DissipativeParticleDynamics:BridgingtheGapBetweenAtomisticandMesoscopicSimulation.Chem.Phys.,1997,107:4423～4435.fortheDissipativeParticleDynamicsMethod.JournalofColloidandInterfaceScience.2005,283(1):I.Pagonabarraga,D.Frenkel.DissipativeParticleDynamicsforInctingSystems.TheJournalofChemicalPhysics.2001,115(11):5015～5026.FLOWSIMULATIONSTUDYONBOUNDARYLAYEREFFECTOFMICRO-NANOTHROATINTIGHTRESERVOIRCAO AN TIAN XU(CollegeofPetroleumEngineering,UniversityofPetroleum(Beijing),No.18FuxueRoad,Beijing102249,Thethroatsoftightreservoiraresmall,andthemainsizeofthroatsisnanoscale.Theproportionofboundarylayerinthesethroatsislargewhenflowing,whichisanimportantfactorofnonlinearpercolation.Atpresent,physicalexperimentscannotsimulateflowinnano-throatprecisely.TheDissipativeParticleDynamics(DPD)methodisafeasiblealternativewaytostudyflowinnano-throat.Thispapersimulatedandcalculatedtheinctionbetweenliquidandsolidinnano-throatusingDPDmethod,implementedflowinthroatsof1-10nm,revealedthemechanismofboundarylayerinmesoscale,gottheflowprofileint