【基金标书】2011CB707300-二氧化碳减排、储存和资源化利用的基础研究

项目名称： 二氧化碳减排、储存和资源化利用的基础研究 首席科学家： 袁士义 中国石油集团科学技术研究院 起止年限： 托部门： 中国石油天然气集团公司 教育部 中国科学院 二、预期目标 1、总体目标 发展完善适合中国国情的规模化 存及高效利用理论并将研究成果转化为技术，实施 实施的试验区提高采收率 10%以上，吨油埋存 吨以上，体现 2、五年预期 目标 本项目将在前期研究基础上，在规模化 存及高效利用基础研究方面产生质的飞跃和创新。研究将围绕一个 理论技术体系 、发展三个理论、建立与完善四个方法，加强人才培养，最终体现两个效益，为 “十二五 ”后形成中国特点的 存及高效利用技术体系提供理论基础和科学依据。 一个 理论体系 ：发展与完善适合中国国情的 存及高效利用的理论技术体系。 三个理论： （ 1）适合中国国情的 （ 2）陆相非均质低 /特低渗透油藏 （ 3）以 础的新型燃烧理论。 建立与完善四个方法： （ 1）油气藏、煤层气藏及咸水层等地质体 （ 2）孔隙介质中 层油体系相态特征及渗流规律表征方法； （ 3）提高 （ 4）低成本的 人才培养： 培养 5名，国内技术骨干 10 15名，博士生 20名，硕士研究生 30 50名。 体现两个效益： （ 1）通过 实施油田区块年埋存 0万吨以上，吨油 埋存 吨以上，体现 （ 2）通过 实施油田区块提高石油采收率 10以上，体现 三、研究方案 1、学术思路和技术途径 本项目的基本学术思路 是 在 据这一基本思路设 臵 研究内容，综合运用环境科学、地质学、化学、物理化学、流体力学、渗流力学、油藏工程学等理论和方法，系统深入地研究我国油藏条件下形成 地质埋存一体化理论和 技术体系奠定基础。 根据本项目的总体研究目标，拟定如下的研究思路与途径： （ 1）为实现创新性研究思路，需要建立新的研究方法和模拟实验技术，作为新理论与新技术研究的公共基础。 （ 2）以 课题，使各课题之间具有内在联系，形成一个有机的研究体系。 （ 3）基础研究与技术研究紧密结合。在基础研究成果的指导下研究适合我国油藏条件的 （ 4）室内研究与矿场试验紧密结合。加快理论与技术研究成果的转化应用，并根据油田矿场试验中暴露出的问题完善理论与技术成果。 2、 项目的创新与特色 本项目的最大特色是 国外海相沉积油藏相比，由于我国油藏条件的特殊性， 至是本质的不同。本项目基于我国各类油藏地质特点开展研究，可望取得的理论创新和形成的具有独立知识产权的新技术主要体现在以下几点： （ 1） 建立适合中国国情的 存及高效利用理论技术体系。 （ 2） 发展 相非均质低 /特低渗透油藏 （ 3） 建立与完善油气藏、煤层气藏及咸水层等 隙介质中 层油体系相态特征及渗流规律表征方法、提高 模化 （ 4） 实现 最终形成具有自主知识产权的 我国高效利用研究处于国际前列。 3、取得重大突破的可行性分析 本项目提出的 质学、物理化学、石油工程等学科领 域前沿和多学科交叉的新发展方向。我国在此领域的相关研究工作与国际前沿差距不大，基本上处于同步阶段。只要抓住这一有利时机， 深入 开展有关应用基础和技术研究，我国完全可以在该领域内跻身于世界领先地位。 在 望发展一种新型的高温、低氧、非均相容积反应燃烧理念，并提出基于此理念的氧燃烧方式的设计计算原理。 在提高石油采收率技术方面， 于我国陆相油藏条件的特殊性，国外普遍应用、技术成熟度相对较高的切需要建立适合我国油 藏特点的全新的思路、理论和技术。这种迫切的需求形成了本项目取得理论与技术重大突破的动力。 本项目的主要承担单位有高等院校、中科院、特大型石油企业，具备产学研相结合的科研优势。项目承担单位拥有支撑本项目研究所需的实验条件，拥有长期从事相关研究工作的高水平科研队伍。另外，本建议项目的主要承担单位曾承担过多项国际合作项目，与国外相关研究机构和相关学者具有长期的合作关系，建立了良好的学术交流渠道。所有这些都为本项目取得突破性成果提供了有力的保障。 四、年度计划 年度 研究内容 预期目标 第 一 年 在文献调研、前沿跟踪的基础上， 确立 项目与 课题研究方案 、 完善技术路线，全面开展研究 工作 。 小型煤粉 燃烧机理 、 综合试验装置安装调试 、 人工合成载氧体、天然矿石载氧体 等 。 完善油藏中 国内外天然气藏、煤层气藏、咸水层中 究； 天然气藏、煤层气藏、咸水层中 究等 。 收集资料 与处理资料 ；分析沉积盆地充填演化与地质埋存体时空分布特征 ； 刻画 存场地储层、盖层岩石赋存的地质环境信息和地质特征 等； 高中低渗透岩石 孔隙结构特征研究 、 建立装置 与 实验方法 、 构建 层油体系复杂渗流基础数学模型。 建立并 完善 实验装置 、 流条件下 对储层 物性影响机理与规律研究等。 集技术方法与理论优选；试验区数模跟踪研究 ； 相驱与水驱开发规律的差异；注采井筒安全风险评价 等 ； 完成项目与课题完成开题，并： 获得多种碳基燃料的燃烧特性和气态污染物析出特性；完成综合试验装置的系统改造；载氧体氧化 完善油藏中 成 国内外 天然气藏、煤层气藏、咸水层等 地质体中 例 分析报告 ； 明确大型代表性盆地充填演化特征 ； 建立 标埋存体的精细地质模型 ； 完成孔隙介质中多相流动模式的数值验证 等 。 建立孔隙介质中 层油体系相态关键参数测试方法；建立 层油体系复杂渗流基础数学模型。 建立 观渗流力学方程 ； 确定地层水反应对储层物性的影响规律 ； 建立超临界 。 推荐适合含 荐 态、液态储存相态控制方法和储罐绝热方法；形成 态注入工业化技术 等 ； 发表论文 10 ，申请专利 3 。 年度 研究内容 预期目标 第 二 年 完成 3试基地 的初步 建设 和50烧综合试验装置的热态调试 ； 煤粉 烧反应动力学实验；多种碳基燃料的燃烧机理研究；矿物质成灰与痕量元素释放实验研究；载氧体颗粒批量制备的研究 等； 西部油藏 存潜力评价 ； 天然气藏、煤层气藏 、 咸水层中 存机理研究；确定天然气藏、煤层气藏、咸水层中 存的评价指标 等； 4 确定天然气藏、煤层气藏、咸水层中 存的地质体筛选标准。 目的层段岩性描述与鉴定 ； 盆地中浅层砂岩类储层沉积相研究 、 储层 盖层 系统有效应力场的变化 研究 、岩石与 之间的反应实验 、 建立流动模型和解法分析 等 。 中高渗孔隙介质中 层油体系相态实验 及 初步规律 、 储层岩石的岩石力学性质分析 、 改善原油性能的添加剂筛选 、 复杂渗流基础数学模型数值求解方法 与 数值模拟器研究 等 ； 完善 储层物性影响规律及描述 方法、 非均质油藏 过程 中突进机理及影响因素研究 、 反映界面润湿特性的格子 型 研究等； 集技术应用评价； 道输送工艺计算方法优选评价 ； 开展相驱开发效果评价； 相驱扩大试验方案及 先导试验调整方案；井筒完整性对策研究 等 ； 完成所有实验台架的搭建；完善模拟研究模型，并获取实验与计算数据；获得煤粉 烧反应机理；低成本载氧体的批量制备技术 等； 提供西部油藏 天然气藏、煤层气藏 、 咸水层 。 完成样品分析鉴定工作 、查明 盆地中浅层 存地质体特征 、 获取注对目标储层、盖层岩石力学性质关键参数影响的规律 、 建立综合考虑地下水动力学、热力学，以及地球化学等方面对地层流体流动影响下 存及 流动模型等 ； 形成各类孔隙介质中 层油体系相态特征的表征方法；建立复杂渗流基础数学模型求解方法； 确定影响非均质油藏 定 原油反应物对储层渗透率的影响机理与规律 ；建立 型 等 。 1、适合含 然气的 纯技术方法；明确 临界注入相态控制规律；确定 相驱开发效果评价参数；形成井筒完整性对策 等 ； 发表论文 10 ，申请专利 5 。 年度 研究内容 预期目标 第 三 年 多种烟气循环方式下以煤为主的碳基燃料的燃烧特性和非主量组分赋存、迁移和转化机理研 究 ， 燃料种类、载氧体种类等相关的连续性测试工作 等； 天然气藏、煤层气藏 、 咸水层中溶解、扩散、渗流的力学分析；天然气藏、煤层气藏 天然气藏、煤层气藏、咸水层中 存的地质体筛选标准 等 。 建立典型失效模式的工程地质力学模型 、 咸水层长期埋存的监测方法与技术研究 、 模拟在短周期时间尺度 咸水层中的迁移、富积状态 等 。 低渗透孔隙介质中 层油体系相态实验 及 规律总结 、 混相压力与地应力匹配关系研究 、 添加剂改善混相压力效果 研究、 数值模拟器调试与算例应用 考虑 相多组分模型 研究、 对储层物性影响的深化研究 、 裂缝性低渗透油藏驱油过程中的窜流特性研究 等 。 高含 用 方法研究； 临界注入增压工艺研究；跟踪矿场试验 ； 筒安全措施及规范研究；腐蚀监测技术研究；采油井高效举升工具研究。 各操作参数对以煤为主的碳基燃料的燃烧特性和非主量组分赋存、迁移和转化机理；建立适用于燃烧设备放大的相似准则 等； 天然气藏、煤层气藏 存潜力的计算方法 ； 天然气藏、 煤层气藏、咸水层中 初步 确定 中浅层咸水层 流体性质与分布特征、给出 目标 区 安安全稳定性价的工程地质力学评价方法 等 。 建立改善 层油体系混相条件的新方法；数值模拟器应用。 建立 型 ； 建立 油藏基质与裂缝的耦合渗流模型 ； 确定 油层岩石矿物反应生成物对储层物性的影响机理与规律 等 。 形成 临界注入方法；、推荐适合 定 制订注采井筒规范；形成 2 种井筒腐蚀监测方法；研发分 层注气 和 高效举升配套工具 等 。 发表论文 10 ，申请专利 3 。 年度 研究内容 预期目标 第 四 年 多种烟气循环方式下各操作参数对多种碳基燃料的燃烧特性和非主量组分赋存、迁移和转化机理研究 ；多种烟气循环方式进行数值模拟 ； 包含气固两相流动、传热的以煤为燃料的化学链燃烧过程数学模型 等 天然气藏、煤层气藏、咸水层 我国大型油气藏、煤层气藏、咸水层 存潜力分类及排序 ； 编制大型油气藏、咸水层、煤层气藏 存地质体图册。 盆地埋存 质体的时空分布 、标封存场地安全稳定性评价方法 、目标 区块三维地质模型 以及、 咸水层中的迁移、富积状态、孔隙压扩散数值模拟 研究等 补充相态实验测试 与完善 规律 、 建立混相压力与地应力匹配关系 、 完善添加剂改善混相压力方法 、 数值模拟器方案应用 等 。 孔隙群内 型及 数值模拟研究 ； 观渗流数值模拟 器、 完善 裂缝性低渗透油藏驱油过程中的窜流实验 、 提高 ； 临界管道输送工艺研究；临界注入工设计方案研究；采出气循环注入设计方案研究；总结 相驱开发规律研究；防腐腐蚀技术对 策 研究 ；分层注气工程方案 研究等。 获得 烧的优化运行参数和多污染物联合脱除的方法；以煤为燃料的化学链燃烧反应器模型的建立 等； 提交大型天然气藏、煤层气藏 、咸水层 存潜力的评价报告；大型油气藏、咸水层、煤层气藏 存地质体分布图册 等。 明确断裂分布与盖层的关系 、 提出存安全稳定性评价的工程地质力学方法 、 建立更加完善的流动模 型 等 。 相态 理论和 数值模拟方法的 应用、检验与完善 建立描述 型 ； 确定影响裂缝性低渗透油藏中油效果的主控因素 ； 确定 形成 渗流理论。 临界注入设计方案； 采出气循环注入设计方案； 相驱开发规律总结；腐蚀技术对策；形成分层注气工艺管柱 等 。 发表论文 10 ，申请专利 3 。 年度 研究内容 预期目标 第 五 年 补充和完善研究； 项目与 课题研究任务完成与报告汇总，并为后续工业化应用做准备； 撰写 项目与 课题研究总结报告 ； 课题结题验收； 项目结题验收 。 撰写 10学术论文； 申请专利 3； 提交课题研究总结报告，完成结题验收。 提交 项目 研究总 结报告，完成结题验收。 一、研究内容 （一）拟解决的关键科学问题 1、燃煤 低成本富集与分离基础问题 富氧燃烧是能大规模富集燃煤 新型燃烧的主流技术之一，需要研究基于煤粉容积燃烧方式的新型富氧燃烧理论，开展液体吸收剂的分子设计及气液吸收设备的多相流动、传质理论等研究。其主要问题包括： （ 1）基于煤粉容积燃烧（ 式的新型富氧燃烧理论； （ 2）新型燃烧方式的热力计算原理及工程放大规律； （ 3）新型燃烧方式下非主量组分的迁徙、转换和变化行为； （ 4）基于化学链氧解耦的富氧燃烧理论； （ 5）新型 附剂研究与应用； （ 6）吸收剂的分子设计及气液吸收设备的多相流动、传质问题。 2、油气藏、煤层气藏及咸水层等地质体 全埋存的基础理论问题 结合中国地质及油气藏实际，以 长期埋存为目标，研究目标储层和盖层性质及相关地质问题对 存的影响和规律。其主要问题包括： 发展完善油气藏、煤层气藏、咸水层 存的地质理论； 发展完善油气藏、煤层气藏、咸水层 存评价方法； 油气藏、煤层气藏中 源化利用潜力评价； 利用 高煤层气藏、天然气藏采收 率的可行性研究； 我国工业排放 汇匹配与优化； 下长期埋存的监测和预测理论。 （ 3） 层原油体系在多孔介质中的相态特征及其表征问题 与国外海相沉积油田相比，我国大多数油田属于陆相沉积，原油类型、组成相对复杂， 同类型原油之间的相态变化较大。同时，研究发现在孔隙介质中， 油体系相态与 中显著不同，需要深入研究，建立与发展多孔介质中（微观尺度）的相态理论。其主要问题包括： 适合中国地质特点的 孔隙介质中 层油体系相态测试方法； 各类孔隙介质（重点是特低渗透油藏）中 层油体系相态特征； 含其他组分（烃类、 ）时 层油体系相态特征； 改善 层油体系混相条件的新方法及适应性。 （ 4）注 高油气采收率的渗流力学基础问题 我国发现大量低渗透 /特低渗透油藏，非均质性严重，驱油过程中渗流规律比较复杂，容易发生气体单向突破。需要研究 相 /非混相驱油在多孔介质中的渗流规律及主控因素，发展完善 油流度控制与扩大波及体积理论和方法。其主要问题包括： 相 /非混相驱油在多孔介质中的渗流规律及主控因素； 油与埋存过程对地层岩石矿物及物性的影响； 油流度控制设计原理与扩大波及体积理论和方法； 地层条件下微观及宏观物理模拟； 多相多组分非线性渗流数值模拟。 （二） 主要研究内容 根据上述科学问题，项目分解 6 个任务，设置 6 个课题组织研究。 针对科学问题 1-“ 燃煤 低成本富集与分离基础问题 ”，设置课题 1-“ 低成本富集 新型燃烧原理和分离技术 ”； 针对科学问题 2-“ 油藏及相关地质体 存安全性评价及监 控 ”，设置课题 2-“ 油气藏及相关地质体 存机理及潜力评价 ”和课题 3-“ 油藏及相关地质体 存安全性评价及监控 ”； 针对科学问题 3-“ 层原油体系在多孔介质中的相态特征及其表征问题 ”和科学问题 4-“ 注 高油气采收率的渗流力学基础问题 ”，设置课题4-“ 多孔介质中 层油体系相态理论与数值模拟 ”和课题 5-“ 油中的渗流力学理论 ”； 针对项目的现场应用实践环节，设置课题 6-“ 存和提高采收率工程技术与方法 ”。 各课题的主要研究内容如下： 课题 1：低成本富集 新型燃烧原理 和分离技术 开发具有捕集 化石能源新型利用技术是实现大规模减排 根本途径，在各种减排技术中，氧燃烧技术已经成为化石能源近“零排放”技术的一个很具竞争力的重要发展方向，具有明显的优势和较强的应用前景。本课题紧密围绕煤炭氧燃烧方式的工业应用，针对其存在的固有的技术难点开展研究工作。针对煤粉的着火与稳定燃烧问题，发展一种全新的 烧 理念和方式 ；为解决燃烧设备的工业放大问题，研究热力计算原理与工程放大规律；同时对新型燃烧方式下煤中非主量元素的迁徙变化行为研究；以及为降低制氧成本所提出的基于中间载体的链式制氧技术研究。从而为工程示范和商业化运行奠定基础。研究工作将围绕以下四个方面展开： （ 1） 烧 机理 针对煤粉在 烧方式 ，研究煤粉低氧自燃温度及 烧机理； 研究煤粉弥散以及多相湍流反应流的混合与竞争机理，实现弥散颗粒多相容积燃烧过程 ；煤 烧方式下气固相互作用机制、混合过程及 传热特性研究。 （ 2） 新型燃烧方式下非主量组分的迁徙、转换和变化行为 煤中矿物质的非均匀分布特性及其矿相聚合、演化行为； 高浓度 外在矿物质破碎特性及演变动力学；煤中碱土元素在氧燃烧过程中的迁移行为及沾污特性 ；颗粒 物以及 易挥发重金属排放 与 富集规律 。 （ 3）新型燃烧方式的热力计算原理和工程放大规律 在开展对 辐射特性 、 火焰 传播速率、燃烧器优化、 受热面的布置原则 等基础上，发展和完善新型燃烧方式下的热力计算原理和方法；建立适用于燃烧设备放大的相似准则，掌握燃烧设备的放大规律，为大型工业示范电站的设计、运行提供标 准和依据。 （ 4）基于中间载体富集 新方法 研究不同组成及结构的 氧吸附剂的 合成 及性能 ； 探讨 中间氧 载体的批量制备技术； 建立 双鼓泡床热态实验台上研究基于氧气解耦的固体燃料 烧系统连续运行特性 ；多尺度模型的建立与验证； 为后续该技术的工业化应用奠定基础。 课题 2： 油气藏及相关地质体 存机理及潜力评价 围绕 期埋存的问题，以油气藏、煤层气藏、咸水层等地质体为主要对象，研究地质体中影响 存的机理及关键影响因素，建立科学规范的埋存潜力评价方法，并通过开展地质体 存潜力的评 价，为新建大型工业 （ 1）油气藏、煤层气藏、咸水层 存机理及地质影响因素研究 从 油气藏、煤层气藏及咸水层中的不同滞留方式出发，研究 析地质环境、地质体分布、流体性质、注入方式等因素对埋存效果的影响，确定埋存目标地质体的筛选及评价埋存能力的指标体系。 （ 2）油气藏、煤层气藏、咸水层等地质体 存潜力评价方法研究 以 地质体中的埋存机理为基础，考虑埋存的有效性和长期安全性，完善油气藏中 存潜力的计算方法，建立煤层气藏、 咸水层中 存潜力的计算方法。 （ 3）油气藏、煤层气藏、咸水层等大型地质体 存潜力评价 开展国内适宜 存的大型油气藏、煤层气藏、咸水层的筛选，进行大型地质体中 存适宜性评价及潜力计算，确定我国大型地质体中 埋存潜力。 （ 4）我国 存地质体分布图册编制及埋存发展战略研究 根据油气藏、煤层气藏、咸水层中 存潜力的评价结果，编制我国 据地质体特征、埋存规模、技术成熟水平等因素，对存潜力进行分类划分，制定 存的中远期发展目标。 课题 3： 油藏及相关地质体 存安全性评价及监控 选择我 国 有 代表性的大型 含油气 盆地 为重点， 以 长期、安全埋存为目标，研究目标储层和盖层性质和特征及其力学稳定性，建立 存 的 监测方法与技术 。根据研究需要，将课题分解为七个 子任务 ： （ 1） 沉积盆地充填演化与地质埋存体时空分布特征 运用沉积学及盆地分析的相关理论与方法，从盆地性质、构造发育、地层发育、沉积相特征等方面分析 标埋存盆地的充填演化特征；刻画目标埋存体储层和盖层的地质特征、物性特征及其圈闭类型，并给出咸水层矿化度、水的化学组分及类型；分析 标埋存体储层、盖层及断裂的空间配置特征及其地质历史演化期次。 （ 2） 存的油藏及相关地质埋存体的精细地质描述 进行 埋存体地层的 精细对比研究，细化认识构造圈闭；分级界面控制，建立等时层序地层格架；分析沉积微相展布，预测其横向变化；评价储层和盖层，并研究储层非均质性和盖层的物性特征；在前面研究的基础上建立 标埋存体的精细地质模型。 （ 3） 水岩相互作用机理研究 在不同温度压力条件下，利用试验区块的岩石样品与 之间的相互作用，分析测定反应后矿物的特征，对 地质埋存体中与周围介质 作用的过程以及圈闭机理进行解释，探讨在陆相沉积盆地 质封存的特征。 4、 存的目标储盖层工程地质力学特征与安全稳定性评价 识别影响目标埋存体储层、盖层安全稳定性的工程地质力学因素，分析储层、盖层工程地质力学特征 ， 采用工程地质力学分析、岩体断裂力学分析、物理力学模拟实验和流 究 标埋存体储层、盖层对 体注入过程的工程地质力学响应机制；研究目标储层、盖层岩石的潜在失效模式与断裂力学判据或破坏准则，建立典型失效模式的工程地质力学模型；开展 标封存场地安 全稳定性评价方法的综合研究，建立进行 层安全稳定性评价的工程地质力学方法，并将此研究成果初步应用于 存场地稳定性评价与风险评估中。 5、 油藏储集层和深部 咸水层长期埋存的监测方法与技术研究 根据在不同介质中碳稳定同位素（ 13C 值）的特征，系统测定试验区块的水、气体以及岩石样品的 13C 背景值，对注入试验不同时期的碳同位素比值变化进行研究，以确定 油藏储集层与深部咸水层的运移特性以及可能发生的泄漏，监测 油藏储集层与深部咸水层长期埋存的安全性。 6、 地质 埋存体中运移的数值模拟 在组分模型和考虑流固耦合的基础上建立更加完善的流动模型 ， 基于一般组分模型的框架进行 序系统设计 ， 对新的流动模型进行离散和求解并开发相应的数值模拟程序 。发展 缘地球物理方法， 对 埋存地质体中的流动运移动态以及驱油效果进行预测 与 数值模拟。 7、 多孔介质的多相流动与孔隙压传播特征 引入物质界面动力机制，改进 水层多相流动数值模式，发展非正交同位网格三维高阶精度时空守恒元 /解元数值方法与三维杂交粒子水平集方法；开展物理实验，验证所发展的数值算法的可靠性 ，并开展 入埋存体所激发的孔隙压在埋存体中的传播与积累特征研究；开展 在试验区 质封存多相流动数值模拟研究，模拟短周期内（ 100 年时间尺度内）不同温度、压力与矿化度条件下 咸水层中的迁移、富集状态，研究孔隙压扰动的传播与压力积累时空演变过程。 课题 4： 多孔介质中 层油体系相态理论与数值模拟 针对陆相沉积储层原油中重质成分较多，地层温度梯度较大，油层埋藏深度较深的特点，以及主要应用对象包含高中低渗透储层的实际，探索和建立孔隙介质中 层油体系相态关键参数测试方法；测试和归纳各类孔 隙介质（重点是特低渗透储层介质）中 层油体系相态特征；实验并总结含其他组分（烃类、 ）时 层油体系相态特征；研究改善 层油体系混相条件的新方法及适应性；研究多相多组分非线性数值模拟理论；总结和形成中国油藏特点的 态理论及考虑复杂渗流特点的数值模拟方法。 （ 1）探索和建立孔隙介质中 层油体系相态关键参数测试方法 利用恒速压汞（孔隙分析仪）分析了解类孔隙介质的孔隙结构特征、尺度范围，分析孔隙空间影响流体间传质的主控因素；利用 磁共振以及微观模型 等可视手段，建立孔隙介质中 层油体系相态关键参数测试方法； （ 2）各类孔隙介质中 层油体系相态特征研究； 以 试系统为基础，结合孔隙介质中 层油体系相态新方法，系统研究孔隙介质中 层油体系相态特征；通过对比分析两类实验的特点，进一步完善孔隙介质中相态测试方法；归纳总结各类孔隙介质中 层油体系相态特征及其影响因素，建立表征方法和相关理论； （ 3）改善 层油体系混相条件的新方法及适应性研究； 针对地层应力特点，探索高于原始地层压力条件下， 层油体系混 相条件的适应性和安全性；针对地层油组分特点，探索筛选有机或无机添加剂改善层油体系混相条件；形成安全、有效、低成本的改善 层油体系混相条件的新方法。 （ 4）多相多组分非线性数值模拟方法研究； 以室内实验研究为基础，综合考虑流体传质、固液物理化学反应 /作用、宏观和微观扩散 /弥散、流体相态与组成变化等多种复杂因素，建立基础数学模型，建立求解方法，优化数值计算方法，编制数值模拟器，丰富多相多组分非线性数值模拟理论。 （ 5）陆相沉积特点的 以室内实验研 究成果为基础，结合油田试验区实际进展，验证和完善 成理论与知识体系，支持复杂渗流数学模型构建；结合油田试验区需求，应用数值模拟器计算 油与埋存方案，模拟动态过程，在应用中修正和完善数学模型及其算法，形成复杂渗流数值模拟方法。 课题 5： 油中的渗流力学理论 本课题从微观和宏观机理研究入手，采用理论与实验相结合的方法，针对我国典型非均质油藏条件的特点，研究 相 /非混相驱油在多孔介质中的渗流规律及主控因素，明确 油与埋存过程对地层岩石矿物及物性的影响 机理与规律，提出 油流度控制与扩大波及体积的方法，为改善 油效果提供理论基础和技术支持，发展和完善 油中的复杂渗流理论。 （ 1） 油过程中多相渗流的微观数值模拟 建立描述多相多组分在孔隙内流动的格子 型，发展描述流体内部不同组分及相态之间相互作用模型、流体与骨架之间相互作用模型。 基于发展的计算模型，开展孔隙尺度的微观数值模拟，研究 油过程中的渗流力学微观机理，包括：超临界 多孔介质内的微观运移规律、 理、 通过上述模拟计算，分析地层条件下含 多相体系的渗流特点，并与相关物理实验和宏观数值模拟相互支持、相互验证。 （ 2） 油过程中储层岩石物性变化机理 研究长期埋存条件下和驱油过程中 油层岩石、地层水反应生成物质的析出、固化及其对储层孔隙结构和渗透率的影响机理与规律： 岩石组分反应生成物对储层孔隙结构和渗透率的影响机理与规律：采用同步辐射装置对不同岩石与 用后的岩样内部进行 观察得到不同径向角度下图片，通过对图片的数学反演分析岩样的孔隙、吼道，从而得到表征多孔介质的属性参数如孔隙度、吼道分布、连通性及迂曲度等，研究 替过程中，在不同的油藏温度及压力下， 不同类型的岩石矿物反应所生成的物质所引起的储层微观孔隙结构的变化以及对储层渗透率的影响；岩石表面性质的变化对储层孔隙结构和渗透率的影响。 岩石矿物溶蚀导致储层孔隙结构和渗透率的变化机理与规律：研究地层水反应所形成的碳酸对岩石溶蚀所引起的储层微观孔隙结构的变化以及对渗透率的影响；温度、压力以及地层水的组 成对不同类型的储层岩石孔隙结构和渗透率的影响； 岩石的作用时间对孔隙结构和渗透率的影响。 地层水中不同离子反应生成物对储层孔隙结构和渗透率的影响机理与规律：研究 替过程中，在不同的温度及压力下，地层水中的不同离子与 用所生成的不同沉积物对储层孔隙结构和渗透率影响；地层水的离子组成和矿化度对沉积物形成影响。 （ 3） 油过程中储层流体物性变化机理 研究 原油反应的生成物质及沥青质、石蜡等固态析出物质对储层渗透率的影响机理与规律； 原油重组分反应的生成物、沥青质、蜡颗 粒对储层渗透率的影响机理与规律：采用同步辐射装置的对不同种类的原油及地层水与 用后的岩样内部进行观察得到不同径向角度下图片，通过对图片的数学反演分析岩样的孔隙、吼道，从而得到表征多孔介质的属性参数如孔隙度、吼道分布、连通性及迂曲度等，研究在混相和非混相条件下， 原油抽提后所剩余的重组分（沥青质、蜡颗粒）所引起的储层渗透率的变化；考察温度、压力以及原油组成的影响； 原油反应的生成物、沥青质、蜡颗粒与水间的界面性质及其储层渗透率影响。 储层孔隙结构变化对渗透率、孔隙度等影响研究：当 油层 岩石、地层水反应生成物质的析出、固化，使得储层孔隙结构发生变化，根据以上研究结果，采用微观数值模拟方法或直接在吼道中求解 程，从微观角度开展 终得到不同条件下的地层渗透率的变化，尤其对低渗透油藏，当 油时孔隙结构或吼道的微小变化可能导致渗透率的变化。 储层物性变化的物理化学模型研究：根据 储层岩石、地层水以及原油作用所引起的储层微观孔隙结构和渗透率的变化规律，建立 储层孔隙结构、渗透率改变的物理化学模型。 油的宏观数值模拟研究：根据上述研究结果 ，提出 油的渗流方程，采用非结构网格及有限体积离散方法，对 油进行宏观数值模拟研究，并从宏观角度揭示 油渗流机理。 （ 4） 相 /非混相驱油在多孔介质中的渗流规律及主控因素 针对 多孔介质中的渗流规律开展混相和非混相的条件研究，建立基于典型原油组分的混相压力数学表征方法，并形成 相和非混相在多孔介质中的渗流数学模型，寻求一维驱替和二维平面物理模拟实验的数值反演方法，针对 多孔介质渗流过程中的混相和非混相现象进行渗流特征的主控因素研究，描述混相和非混相条件下多孔介质 流的影响因素。 典型原油组分的 相压力数学表征方法：不同原油组分的原油与 立 相压力数学表征方法。 考虑混相和非混相时多孔介质中 分区渗流数学模型：基于混相压力为控制边界的多孔介质中 相渗流数学模型；考虑混相和非混相时多孔介质中 分区渗流数学模型。 多孔介质中 流的数值实验方法：多孔介质中 分区渗流数学模型的求解； 维驱替实验的数值实验方法； 维平面物理模拟实验的数值实验方法。 多孔介质中 流规律的主控因素：影响多孔介质中 相和非混相渗流条件的主控因素；基于多孔介质中的 相 /非混相渗流规律的研究，通过分析不同因素（流体性质、储层特征、注采条件等）对 相半径、渗流能力、压力分布、驱油效率的影响，筛选影响 相、非混相在多孔介质中渗流的主控因素，总结影响多孔介质中 流效果的主控因素。 （ 5） 油流度控制设计原理与扩大波及体积方法 储层流体在孔隙和裂缝中的流动与渗流机理：研究 地层条件下、不同渗透性、不同孔隙类型以及不同岩性的多孔介质中的渗流特性，揭示其