工程科学学报，第44卷，第X期 (a)30 (b)30 10 15 20 25 30 10 15 20 25 30 00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0 00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0 So 图5水驱和聚驱后剩余油饱和度(S)二维分布情况.(a)水驱后：(b)聚票后4 Fig5 Two-dimensional distribution of remaining oil saturation:(a)after water flooding (b)after polymer flooding 4.2仿真模拟与室内模拟验证 研究，由线性渗流理论向物理化学、非牛顿、多尺 在油气开发领域，由于地质储层埋藏深度高， 度非线性渗流发展，特别是在非常规油气资源开 相关学者对于油气在岩石储层中的存在及流动的 发过程中，储层孔隙大多为纳微米级别，其流动过 细观规律研究较为困难.随着1952年“夹珠模型” 程中受到界面及微观力作用明显，为了解决非常 的出现，掀起了众多研究人员对于孔隙介质中流 规油气开发储层渗流阻力大、开采难、剩余储量 体流动规律的研究热潮%.随后应运而生了很 难以动用的难题，使我国油气研究和开发方面达 多研究细观油气渗流机理的方法和手段，如填砂 到国际领先水平，进一步提高我国非常规油气藏 管模型、大型平面胶铸模型和仿真树脂模型等物 的开发水平.笔者认为目前针对多孔介质细观流 理模拟实验阿.笔者团队曾利用微圆管分析去离 动的研究，在继承前人研究结论认识的基础上，应 子水和煤油的实验流速、有效界面层厚度与压力 该紧紧围绕微观力学和渗流力学等方面进一步深 梯度的关系，考察壁面润湿性和流体黏度对细观 化研究 流动规律的影响.另外笔者团队为观测低渗透储 (1)通过细观动力学理论分析及实验研究，详 层内微观渗流动态及探索流体细观流动机理，在 细分析微观力的作用范围和受控因素，搞清微观 前人的基础上，对可视化网络仿真技术进行了大 各种力的相互作用关系及对驱动的影响.利用微 量的优化改进，给出一种模拟二维多孔介质可视 纳米圆管、碳纳米管、微观仿真模型流体流动精 化渗流模型的制作方法，并以此为基础进行了大 细实验研究微尺度效应，通过微测量技术，进行速 量的细观多孔介质中流体流动动力学机制的研究 度、浓度、压力梯度的微测量.利用致密（微纳米 工作，从实验研究到理论模型分析建立了一套完 级孔隙)岩心、含微裂缝岩心、裂隙介质岩心、含 整的研究体系8014，g但是非常规油气资源 裂隙特点岩心进行渗流物理模拟，进行二维、三维 开发的兴起将流动的尺度进一步拉低到了=l0nm~ 渗流物理模拟实验，研究不同条件和尺度下的渗 1m的尺度范围，所以需要进一步研发“小尺度” 流规律和流场分布规律，揭示细观作用力作用，搞 的微流动装置，如Shen等3利用纳米阵列氧化铝 清流动阻力控制因素及影响规律 膜(=l0nm~1um),进行了气驱水实验和单相气 (2)非常规油气藏一般使用多级压裂的方法 体流动实验，并分析了纳米尺度下气驱水流动特 来开发，这就使得非常规储层中的多孔介质变得 征：总体来说，如何寻找并实现二维、三维仿真多 尤为复杂，其中包括裂缝，微裂缝和基质等多尺度 孔介质模型用来研究细观尺度流动机制，是未来 问题以及界面效应与各种微观力的作用，那么在 研究的重点方向 开发过程中流体的渗流规律就会变得更加复杂 因此，基于纳微米尺度流体流动界面作用与细观 5结论与展望 力学特性关系，阐明油水细观流动动力学机制，揭 对于细观尺度下多孔介质中流体流动理论的 示多孔介质中复杂流动的细观流动机理，实现细4.2    仿真模拟与室内模拟验证 在油气开发领域，由于地质储层埋藏深度高， 相关学者对于油气在岩石储层中的存在及流动的 细观规律研究较为困难. 随着 1952 年“夹珠模型” 的出现，掀起了众多研究人员对于孔隙介质中流 体流动规律的研究热潮[95−96] . 随后应运而生了很 多研究细观油气渗流机理的方法和手段，如填砂 管模型、大型平面胶铸模型和仿真树脂模型等物 理模拟实验[97] . 笔者团队曾利用微圆管分析去离 子水和煤油的实验流速、有效界面层厚度与压力 梯度的关系，考察壁面润湿性和流体黏度对细观 流动规律的影响. 另外笔者团队为观测低渗透储 层内微观渗流动态及探索流体细观流动机理，在 前人的基础上，对可视化网络仿真技术进行了大 量的优化改进，给出一种模拟二维多孔介质可视 化渗流模型的制作方法，并以此为基础进行了大 量的细观多孔介质中流体流动动力学机制的研究 工作，从实验研究到理论模型分析建立了一套完 整的研究体系[3, 8−10, 19, 74, 98] . 但是非常规油气资源 开发的兴起将流动的尺度进一步拉低到了 l=10 nm～ 1 μm 的尺度范围，所以需要进一步研发“小尺度” 的微流动装置，如 Shen 等[36] 利用纳米阵列氧化铝 膜（l=10 nm～1 μm），进行了气驱水实验和单相气 体流动实验，并分析了纳米尺度下气驱水流动特 征；总体来说，如何寻找并实现二维、三维仿真多 孔介质模型用来研究细观尺度流动机制，是未来 研究的重点方向. 5    结论与展望 对于细观尺度下多孔介质中流体流动理论的 研究，由线性渗流理论向物理化学、非牛顿、多尺 度非线性渗流发展，特别是在非常规油气资源开 发过程中，储层孔隙大多为纳微米级别，其流动过 程中受到界面及微观力作用明显，为了解决非常 规油气开发储层渗流阻力大、开采难、剩余储量 难以动用的难题，使我国油气研究和开发方面达 到国际领先水平，进一步提高我国非常规油气藏 的开发水平. 笔者认为目前针对多孔介质细观流 动的研究，在继承前人研究结论认识的基础上，应 该紧紧围绕微观力学和渗流力学等方面进一步深 化研究. （1）通过细观动力学理论分析及实验研究，详 细分析微观力的作用范围和受控因素，搞清微观 各种力的相互作用关系及对驱动的影响. 利用微 纳米圆管、碳纳米管、微观仿真模型流体流动精 细实验研究微尺度效应，通过微测量技术，进行速 度、浓度、压力梯度的微测量. 利用致密（微纳米 级孔隙）岩心、含微裂缝岩心、裂隙介质岩心、含 裂隙特点岩心进行渗流物理模拟，进行二维、三维 渗流物理模拟实验，研究不同条件和尺度下的渗 流规律和流场分布规律，揭示细观作用力作用，搞 清流动阻力控制因素及影响规律. （2）非常规油气藏一般使用多级压裂的方法 来开发，这就使得非常规储层中的多孔介质变得 尤为复杂，其中包括裂缝，微裂缝和基质等多尺度 问题以及界面效应与各种微观力的作用，那么在 开发过程中流体的渗流规律就会变得更加复杂. 因此，基于纳微米尺度流体流动界面作用与细观 力学特性关系，阐明油水细观流动动力学机制，揭 示多孔介质中复杂流动的细观流动机理，实现细 30 (a) 30 25 25 20 20 15 15 10 10 y x 5 5 0 0 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 SO 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 SO 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 30 (b) 30 25 25 20 20 15 15 10 10 y x 5 5 0 0 图 5    水驱和聚驱后剩余油饱和度 (So ) 二维分布情况. （a）水驱后；（b）聚驱后[74] Fig.5    Two-dimensional distribution of remaining oil saturation: (a) after water flooding; (b) after polymer flooding[74] · 8 · 工程科学学报，第 44 卷，第 X 期