2裂縫性水封氣藏解封孔隙尺度模擬

在明確儲層物性、潤濕性、水封程度、裂縫壓力對解封壓差影響規律的基礎上，建立裂縫性水封氣藏解封的微觀排水孔隙尺度模型，研究壁麵潤濕性、氣水界麵張力和裂縫壓力對微觀氣驅排水和解封效率的影響規律，揭示解封過程的微觀排水作用機製。

2.1控製方程

在計算流體力學中，控製方程是描述流體運動的基本數學方程。控製方程主要包括動量守恒方程（N—S方程）和質量守恒方程（連續性方程），如下所示[36]：

式中ρ表示流體密度，kg/m3；u表示速度矢量，m/s；p表示壓力，Pa；I表示單位矩陣；μ表示流體的動力黏度，mPa·s；Fst表示氣水兩相的界麵張力，N/m。

2.2界麵追蹤方程

為更準確地模擬微觀排水過程的氣水兩相流動行為，通過N—S方程和質量守恒方程描述多相流體流動機製，同時耦合關於相變量的界麵追蹤法（水平集法、流體體積法、相場法等）追蹤氣水界麵。本文采用水平集方法，該方法可以在固定網格上進行數值計算，大幅降低計算複雜度。在氣水兩相流中，引入水平集函數（φ）來定義各自的體積分數，用來描述具有一定厚度的相界麵，它是一個從0到1呈梯度變化的值，其中φ=0表示流體為氣相，φ=1表示流體為水相，取φ=0.5的等值麵作為相界麵。水平集方法相變量的演化方程如式（4）所示，描述了微觀排水過程的氣水界麵變化[37-38]。

式描述相界麵的移動，其中表示時間的積累項，表示對流項，φ表示水平集函數；γ表示水平集函數重新初始化參數，m/s；ε表示界麵厚度參數，m。

計算域內氣水兩相流體的全局密度和動力黏度，以滿足水平集函數的平滑階躍特性[39]：

式中ρw、ρg分別表示水、氣的密度，kg/m3；μw、μg分別是水、氣的黏度，mPa·s。

2.3邊界與初始條件

氣水兩相微觀滲流仿真中，提出以下假設條件：初始化狀態下孔隙域內全飽和為水相；左端入口麵為氣相，滿足定流邊界條件，右端出口麵為定壓邊界條件，入口和出口處的初始狀態方程如式（6）所示；四周為封閉邊界，無流體通過，封閉壁麵的邊界條件如式（7）所示[36,40]。

式中n表示固體壁麵的單位法向量；u0表示入口處的速度，m/s；p1表示出口處的壓力，Pa，nwall表示封閉邊界的單位法向量。

2.4模型建立

采用物理場數值模擬方法建立水封氣藏解封預測模型，研究氣體驅動排水過程中儲層孔隙內的氣水兩相滲流機製。首先，提出儲層真實孔隙模型建立方法：基於CT掃描技術對岩心柱進行精細成像，通過圖像處理技術獲得其灰度圖像；經過降噪、濾波、二值化等步驟，運用Avizo軟件構建出高精度的3D立體真實孔隙模型；然後，從模型中提取典型的孔喉結構（直徑143µm，長度400µm的圓柱體，與實驗岩心尺寸比例一致），導入COMSOL Multiphysics軟件以構建基礎模型。最後，通過模擬實驗實時追蹤氣水兩相界麵的動態變化，探究氣水兩相滲流特征查明影響氣驅排水效果的關鍵因素，如注入速度、岩石壁麵潤濕性、氣水界麵張力和出口端壓力等，揭示氣驅排水過程的微觀兩相滲流機理。