[发明专利]一种活性纳米颗粒油/水界面吸附-扩散行为模拟方法和装置

说明书

本发明公开了一种活性纳米颗粒油/水界面吸附‑扩散行为模拟方法和装置，涉及石油天然气开采领域，包括以下步骤：通过Boltzmann方法中的颜色梯度模型模拟水驱油，用郎之万运动学方法模拟活性纳米颗粒在水相和油/水界面的运动过程，构建流体与活性纳米颗粒之间的作用关系，实现活性纳米颗粒与流体之间的耦合，建立活性纳米颗粒与流体间速度场和能量场的相互影响关系；向模型输入活性纳米颗粒半径、主控基团、浓度、注入流速等参数，刻画活性纳米颗粒在油/水界面吸附特性，并辨析活性纳米颗粒在水相和油/水界面中扩散特性的差异性。进一步指导活性纳米颗粒驱油材料的结构性能设计和现场使用，助推我国低渗/特低渗油藏经济有效和可持续性发展。

技术领域

本发明涉及石油天然气开采领域，具体涉及一种活性纳米颗粒油/水界面吸附-扩散行为模拟方法和装置。

背景技术

活性纳米颗粒对我国低渗/特低渗油藏提高采收率具有重要意义，然而目前对活性纳米颗粒驱油作用机理仍不明晰。传统微观实验存在设计难度大、实验成本高、机理表征不明等问题，亟需以数值模拟为手段，建立活性纳米颗粒/油/水多相渗流耦合模型，兼顾精度和效率。

格子Boltzmann方法(lattice Boltzmann method，LBM)是一种介观尺度模拟方法，在模拟油水两相流方面具有独特优越性，且具有天然的并行性。格子Boltzmann颜色梯度模型允许独立控制界面两侧各种流体的表面张力、密度比和粘度比，以及控制固相的接触角和润湿行为，更适用于油水两相模拟。对于颗粒模拟，郎之万运动学(Langevindynamics,LD)通过建立郎之万方程，可以对颗粒间的相互作用、热涨落效应以及颗粒与流体作用的动力学行为进行表征。

中国专利文件CN113486565A公开的一种活性纳米颗粒和水两相流动模拟方法和装置，该装置通过上述两种方法，构建了活性纳米颗粒/水两相模拟方法，为活性纳米颗粒在低渗或特低渗油藏中减阻増注的微观机理提供方法指导。

但目前对活性纳米颗粒在油/水两相特别是油/水界面的行为特征仍认识不清，现场生产缺乏理论指导和设备支持。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种活性纳米颗粒油/水界面吸附-扩散行为模拟方法和装置，为解决活性纳米颗粒油/水界面吸附-扩散行为特征不清楚的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种活性纳米颗粒油/水界面吸附-扩散行为模拟方法，包括以下步骤：

步骤一：用格子Boltzmann方法中的颜色梯度模型模拟水驱油，通过精确刻画润湿角、界面张力等参数，实现水驱油模型的准确模拟；用郎之万运动学方法模拟活性纳米颗粒在水相和油/水界面的运动过程，从力的角度详细刻画活性纳米颗粒在流体中受到的静电力、范德华力、随机力和摩擦力；以活性纳米颗粒受到流体的作用力为桥梁，构建流体与活性纳米颗粒之间的作用关系，实现活性纳米颗粒与流体之间的耦合，建立活性纳米颗粒与流体间速度场和能量场的相互影响关系；具体包括以下步骤：

101在D2Q9模型基础上，通过引入颜色梯度模型，建立基于D2Q9模型的格子Boltzmann方程式(1)实现对油/水两相的模拟；

式中，为粒子分布函数，t为粒子运动时间，c为格子运动速度，c＝Δx/Δt，Δx是单位格子长度，Δt是单位时间步长，τ为达到平衡的单松弛时间，为粒子速度方向，f_i^eq为粒子平衡分布函数；

102利用郎之万运动学，通过为流体系统中微小颗粒施加额外作用力的方式以实现颗粒运动模拟，控制方程为：