[发明专利]一种活性纳米颗粒和水两相流动模拟方法和装置

说明书

本发明公开了一种活性纳米颗粒和水两相流动模拟方法和装置。包括：纳米颗粒参数更新步骤，通过朗之万动力学方法确定颗粒间的静电力和范德华力及受到水的摩擦力和随机力和孔喉壁面对颗粒的静电力和范德华力进而更新颗粒流速和位置；若颗粒附着在孔喉壁面，执行耦合步骤；若不附着，根据反弹和镜面反射边界条件更新水分子粒子群分布函数，再执行耦合步骤；水与颗粒耦合步骤，根据和确定水分子粒子群受到的力源项分布函数；水相流体参数更新步骤，通过格子玻尔兹曼方法，更新水的流速；返回颗粒参数更新步骤，直至设定条件。能够综合利用朗之万动力学方法与格子玻尔兹曼方法耦合宏观流体与微观颗粒，模拟活性纳米颗粒和水两相流动。

技术领域

本发明涉及石油天然气开采技术领域，特别涉及一种活性纳米颗粒和水两相流动模拟方法和装置。

背景技术

低渗/特低渗油藏存在注水能力差、地层压力衰竭快等特点，活性纳米颗粒由于其比表面积大、具有表面活性等特点在减小注水阻力、提高注入能力等方面具有较大优势。但目前对活性纳米颗粒如何降低流动阻力和提高注水能力的微观机理仍不明晰，导致油田现场设计优化活性纳米颗粒过于依赖经验，缺乏足够理论指导，不利于油田降本增效开发目标的实现。

格子玻尔兹曼方法(lattice Boltzmann method，LBM)具有算法简单、利于并行和计算效率高等优势，在模拟单相水、油水两相驱替以及复杂流动中都取得了较好效果；朗之万动力学方法(langevin dynamics，LD)在捕捉活性纳米颗粒的布朗运动、颗粒间相互作用等方面上具有较高的准确性和计算效率。

由于活性纳米颗粒的纳米效应、流固界面调控等复杂微观特性导致活性纳米颗粒/水两相流动模拟的复杂性，故在低渗/特低渗油藏条件下如何综合利用LBM与LD方法耦合宏观流体与微观颗粒模拟活性纳米颗粒/水两相流动，是目前亟待解决的技术问题。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种活性纳米颗粒和水两相流动模拟方法和装置，能够综合利用朗之万动力学方法与格子玻尔兹曼方法耦合宏观流体与微观活性纳米颗粒，模拟活性纳米颗粒和水两相流动。

第一方面，本发明实施例提供一种活性纳米颗粒和水两相流动模拟方法，包括：

活性纳米颗粒参数更新步骤，包括：通过朗之万动力学方法，根据活性纳米颗粒的半径、当前位置、流速及活性纳米颗粒处水的流速，确定活性纳米颗粒间的静电力和范德华力及活性纳米颗粒在水相中受到的摩擦力和随机力根据活性纳米颗粒的半径和当前位置确定孔喉壁面对活性纳米颗粒的静电力和范德华力其中，i为活性纳米颗粒的序号，p表示活性纳米颗粒，wall表示孔喉壁面；根据牛顿第二定律，利用活性纳米颗粒的当前位置、流速、和更新活性纳米颗粒的流速和位置；

根据活性纳米颗粒的当前位置判断活性纳米颗粒是否附着在孔喉壁面；若判断为否，执行水相流体与活性纳米颗粒耦合步骤；若判断为是，根据反弹和镜面反射边界条件更新当前的水分子粒子群分布函数，再执行所述水相流体与活性纳米颗粒耦合步骤；

水相流体与活性纳米颗粒耦合步骤，包括：根据当前的和确定水分子粒子群受到的力源项分布函数；

水相流体参数更新步骤，包括：通过格子玻尔兹曼方法，根据当前水分子粒子群的分布函数和受到的力源项分布函数，更新水的流速，根据水的流速利用插值法确定当前活性纳米颗粒处水的流速；

返回执行所述活性纳米颗粒参数更新步骤，直至设定条件。

第二方面，本发明实施例提供一种活性纳米颗粒和水两相流动模拟装置，包括：