石油是我国能源安全的核心战略资源，其中60%以上产量依赖水驱开发。然而，受油藏非均质性影响，水驱易出现驱替不均，导致采收率下降。在原油对外依存度较高的背景下，纳米颗粒驱油技术成为突破水驱极限、提高采收率的重要方向。但目前对其微观机理（如布朗运动的影响）认识不足，制约了工程应用效果。为此，本研究在重构数字岩心和系统表征纳米聚合物颗粒化学剂性质的基础上，结合微观物理模拟技术与微观数值模拟技术，系统研究纳米颗粒驱油过程的微观渗流控制因素和受控规律，探究了孔隙尺度纳米颗粒驱油的微观作用机制，构建了纳米颗粒储层适配性评价方法，优化注入参数，并开展现场应用示范。 主要研究内容和创新性成果如下： 建立了纳米聚合物颗粒驱油的孔隙尺度流动模拟方法。基于数字岩芯模型，系统研究了孔隙空间内纳米颗粒驱油各阶段的动力学行为。基于欧拉-拉格朗日框架，结合N-S方程描述流体运动，采用VOF方法追踪流体界面，并运用牛顿第二定律表征颗粒运动，最终构建了纳米颗粒驱油的孔隙尺度微观流动模型。为深入理解纳米聚合物颗粒驱油的孔隙尺度流动特征提供了可靠的数值研究基础。 系统建立了纳米聚合物颗粒及其溶液的表征体系，揭示了其关键物理化学特性。结果表明：1）纳米颗粒粒径呈正态分布，水化膨胀特性显著，且膨胀倍率随矿化度升高而降低；2）颗粒弹性模量与其粒径呈负相关关系；3）纳米颗粒溶液表现出优异的界面活性，可显著降低油水界面张力并增强岩石表面亲水性，且粒径越小效果越显著；4）布朗运动分析表明，纳米颗粒在溶液中呈现明显的随机扩散行为，扩散系数与粒径呈反比关系，小粒径颗粒具有更剧烈的布朗运动特性。 结合微观物理模拟和数值模拟，厘清了影响纳米聚合物颗粒驱油渗流特征的主要控制因素和调驱机理。结果表明：1）通过对水驱剩余油形成的动力学分析发现了毛管阻塞障碍区；2）阐明了纳米颗粒通过布朗运动增强扩散效应和调控油水界面的双重作用机制，证实减小颗粒粒径可显著提升界面调控能力；3）揭示了微米颗粒通过选择性封堵重构孔隙结构的深部调驱机理，发现增大颗粒尺寸和弹性模量可有效增强封堵效果；4）通过“纳米级界面调控-微米级深部调驱”的协同效应，可突破单一颗粒驱油的采收率极限。 建立了致密砂岩油藏纳米颗粒适配性评价方法，并进行了典型油藏匹配计算与设计。开展了不同粒径、浓度、速度等注入参数纳米颗粒驱油、纳米颗粒与微米颗粒、微乳液、注采技术政策、油井措施等组合的工程示范应用及评价，拓宽了纳米聚合物颗粒驱油工程应用的路径选择。 孔隙尺度纳米聚合物颗粒流动及驱油的研究，实现了颗粒多属性参数的耦合及实验方法的拓展，深化了多孔介质多相渗流理论，厘清了纳米聚合物颗粒驱油微观调控机理，为纳米颗粒驱油的工程应用与效果提升提供了科学依据和技术支撑。 |
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