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碳酸盐岩溶蚀过程实际上是一个复杂的流体动力学与化学动力学过程,因此,根据对流一扩散过程的动力学分析,结合流体力学的基本理论与化学动力学原理,建立二维碳酸盐岩溶蚀过程的耦合模型,计算机模拟仿真碳酸盐岩储层溶蚀过程,从而直观地得出古岩溶储层圈闭形成的有利部位,为石油地质勘探选定靶区。
为了建立在动力学控制下碳酸盐岩溶蚀发育过程的数学模型,本文系统地分析和研究了碳酸盐岩溶蚀发育的动力学模型,利用流体连续性方程、达西定律、流体的状态方程、能量守恒定律和质量守恒定律建立了碳酸盐岩溶蚀发育的输运、反应动力学微分方程耦合模型。
达西定律:(0.1)
渗流方程:(0.2)
能量守恒方程:(0.3)
组分浓度方程:(0.4)
孔隙度模型:(0.5)
渗透率与孔隙度和颗粒半径的关系:(0.6)
流体的密度函数为:(0.7)
本文使用有限元的方法求解所建立的碳酸盐岩溶解过程的数学模型,在femlab平台上利用matlab语言编程,作者独立地完成了碳酸盐岩溶蚀过程的计算机模拟软件。该软件大约3000行源代码,共分三个模块:模拟参数和边界条件,求方程数值解的运算模块,和输出图像处理模块。
本文根据模拟区域的地层上边界左边有无降雨和地层下边界右边(断层右边)有无热流,模拟了四种边界条件下的碳酸盐岩溶蚀过程。根据这四个模型模拟的结果,得到了如下一些认识:
a)整个研究区域总体的流场、温度场、以及浓度场在整个演化过程中变化不大。
b)研究表明大气降水对区域地层中的流体的运动速度有影响,从而决定了区域地层内的溶蚀速率。
c)地下的热流增加也改变地层中的温度场的变化。
d)白云岩地层的浓度明显要低于灰岩地层的介质中钙离子的浓度,从而说明在白云岩地层更容易发生溶蚀作用。
e)尽管是灰岩地层,但其处于水流方向的上游的底部,其地层的碳酸盐发生溶蚀作用要晚于上部灰岩其它的点,说明随水流作用的加强其溶蚀作用加快。
f)地层上部的溶蚀作用要强于地层下部的溶蚀作用。
总之,本文对揭示碳酸盐岩溶蚀发育的本质,对石油地质勘探选定靶区具有理论指导意义。