关键词： 地下水流场特征   多孔介质   固体颗粒粒径   孔隙尺度   数值模拟   水文地质学  

摘要： 地下水孔隙尺度流场特征的研究对于深入理解地下水渗流、溶质运移具有重要意义.目前固体颗粒粒径特征不同时介质微观结构对孔隙尺度流场的影响尚不清楚.基于迭代重排算法构建了固体颗粒粒径分布特征、膨胀程度不同的多孔介质,基于此研究了固体颗粒平均粒径、粒径方差及膨胀作用对地下水流场特征的影响.结果表明,在介质孔隙率相同的条件下,固体颗粒平均粒径、粒径方差对多孔介质中流速的非均质性、速度概率密度分布等流场特征影响较小.而在同一介质中,当固体颗粒膨胀引起孔隙率减小时,平均粒径较小幅度的变化就会对以上流场特征产生显著影响.例如当固体颗粒膨胀程度增强时,粒径小幅度的增大,就会导致流场中优势流区和不流动区比例同时大幅度增加,流场非均质性显著增强,流速概率密度分布更加发散.

关键词： 横向弥散   多孔介质   胶结度   孔隙尺度   数值模拟  

摘要： 深入理解、精确刻画溶质孔隙尺度横向弥散行为是揭示溶质运移现象内在机制、提高溶质运移模拟精度的关键。基于孔隙尺度模拟方法研究了不同胶结度的多孔介质中溶质横向弥散特征。结果表明:当胶结度增大时,溶质横向弥散程度有所增强,但与纵向弥散相比增强幅度较小,且在模拟的胶结度范围内横向弥散未展现显著的尺度效应。研究还发现多孔介质中横向弥散系数D_(T)与纵向弥散系数D_(L)间的差异程度不是固定不变的,而是随着溶质运移距离逐渐增大最终达到稳态的过程,并且D_(L)/D_(T)的渐进值及达到渐进值所需时间均受胶结度的影响。因此,将D_(T)视为比D_(L)小一个数量级的值与溶质实际弥散行为存在较大偏差。同时,通过对比不同介质中流体流速横向、纵向分量概率密度及溶质对流速率概率密度的差异,揭示了以上溶质横向弥散特征变化及其与纵向弥散特征变化不同的内在机制。

关键词： 孔隙尺度   多孔介质   孔隙率   尾流   剪切流动  

摘要： 为深入理解多孔介质参数对圆柱绕流的影响机制及其效果,本文基于微观孔隙尺度,对覆盖有多孔介质的圆柱在雷诺数为150条件下的绕流流动进行了数值模拟。主要对不同孔隙率与结构下圆柱绕流的流动特性进行了分析,结果表明,多孔介质的覆盖改变了圆柱原有的流体动力学特征:改变多孔介质结构后,尾流稳定性特征均呈现为先增大后减小的趋势;随着多孔介质结构复杂化,圆柱尾部脱落涡的延迟程度有所降低,但涡的边缘化程度保持相对稳定,且流出多孔介质的流体会再次进入多孔介质,导致涡附着于多孔介质表面。在相同结构条件下,当孔隙率达到0.992时,多孔介质尾部涡的周期性脱落延迟与边缘化程度均达到最大值。以上现象归因于多孔介质内部的小尺度流动,流体在穿越小圆柱时经历多次分离与剪切,特别是在多孔介质尾部流出量较大时,形成的剪切层加厚,从而延长了圆柱尾部涡的脱落过程。此外,随着结构复杂化,流体更倾向于在多孔介质尾部附近流出,这进一步增加了多孔介质上下表面剪切层的厚度。本研究揭示了多孔介质孔隙尺度内流体的流动行为对圆柱绕流的影响规律,可为多孔介质在流动及噪声控制领域的工程应用提供参考。

关键词： 大豆   孔隙率   气流路径   双扩散热湿传递   干燥  

摘要： 开展通风干燥过程中粮堆孔隙结构分布以及热湿耦合传递规律的研究,可为安全储粮以及干燥系统的设计提供理论依据。以大豆填充床为研究对象,基于局部质量和热量的非平衡原理,建立了大豆填充床通风干燥过程双扩散热湿传递模型。采用离散元法-有限容积法数值模拟了干燥条件下填充床内孔隙率、气流路径分布以及温度和水分耦合传递规律。结果表明:填充床的径向孔隙率呈振荡分布,近壁面孔隙率较大而填充床中轴线附近孔隙率较小,会使气流路径迂曲度呈现不规则分布;填充床的干燥速率主要受干燥空气温度和大豆颗粒含水量的影响;在干燥空气的相对湿度为17%及温度分别为35、45、55和65℃的条件下,前20 min填充床的干燥速率分别为0.077%/min、0.083%/min、0.089%/min和0.096%/min。

关键词： 微观剩余油   孔隙尺寸   微米CT   孔隙度   碳酸盐岩  

摘要： 碳酸盐岩油藏储量丰富且产量可观,是目前油气勘探开发的重要领域。由于具有孔喉结构复杂、孔渗相关性差、非均质性强等特征,此类油藏经水驱开发后剩余油分布情况复杂,导致后续提高采收率措施应用效果不理想,调整方向不明确。为探究碳酸盐岩油藏水驱过程中剩余油分布及其变化特征,选取不同渗透率的碳酸盐岩岩样,利用原位CT扫描技术,在不同驱替速度条件下获取水驱开发结果;将差分成像法与分水岭算法相结合,通过图像处理操作进一步量化识别岩样孔隙结构,并形成孔隙组成对微观剩余油分布影响的综合认识。研究结果表明:随着水驱过程中注入速度增加,剩余油饱和度呈下降趋势,其中簇状剩余油占比降低,而膜状和滴状剩余油占比升高,且低渗储层的采收率提高程度优于高渗储层;储层孔喉尺寸越小,孔喉连通性越差,剩余油分布越零散,簇状剩余油体积越小,滴状剩余油滞留比例越高。此类油藏的后期开发应重点改善微观孔隙与孔隙边缘剩余油动用效果,并依据储层的渗透率条件使用不同的开发方式及适宜的生产参数。本文研究可为碳酸盐岩油藏提高采收率方法的选择提供依据。

关键词： 页岩油   微观孔隙结构   孔隙表征   核磁共振   转换系数   东营凹陷  

摘要： 页岩微观孔隙结构的表征对页岩油气资源评价具有重要意义，然而CO2吸附、N2吸附、高压压汞及低场核磁共振等测试手段用于表征页岩储层微观孔隙结构具有不同的优势范围及局限性。为了更加准确地表征页岩全尺度微观孔隙结构，以东营凹陷沙河街组页岩油储层为例，提出了将CO2吸附、N2吸附、高压压汞三者实验优势孔径段拼接联合表征页岩全尺度孔隙结构的方法，并利用页岩全尺度孔隙结构对核磁共振T2谱进行标定，求取核磁共振转换系数，获取页岩核磁共振孔径分布曲线。薄片鉴定及全岩X射线衍射结果显示，东营凹陷沙河街组页岩主要发育纹层状隐晶(含)泥质灰岩相和层状隐晶(含)泥质灰岩相页岩，含少量层状隐晶灰质泥岩相和弱纹层状隐晶含泥灰岩相页岩。核磁共振法表征页岩微观孔隙结构研究表明，不同岩相间转换系数存在差异，介于24.04～55.1nm/ms。页岩主要以中孔为主，宏孔次之，微孔较少，孔径主要分布于50～140nm和3～15nm间。纹层状隐晶(含)泥质灰岩相页岩孔径分布呈双峰态，以中孔为主，主要分布于50～140nm和3～6nm间，孔隙发育且连通性较好，有利于页岩油的储集及运移。层状构造页岩孔隙结构特征相似，孔径主要分布于4～10nm间，孔隙发育中等。弱纹层状隐晶含泥灰岩相页岩孔隙发育最差，以中孔和宏孔为主，孔径主要分布于7～12nm和100～140nm间。

关键词： 致密砂岩气藏   注CO_(2)提高气藏采收率   格子玻尔兹曼   微观驱气效率   孔隙尺度   多相多组分  

摘要： 中国致密砂岩气藏资源储量丰富,复杂的气水渗流关系和气水同产特征制约了单井产能的发挥和天然气采收率提高,注CO_(2)是提高气藏采收率(EGR)和实现碳埋存的双赢途径。为明确致密砂岩气藏CO_(2)驱替微观渗流和提高天然气采收率机理,指导致密砂岩气藏CO_(2)-EGR方案设计,基于格子玻尔兹曼方法(LBM)建立了孔隙尺度多相多组分流动模型,揭示了致密砂岩气藏储层微观气水分布特征和CO_(2)-EGR的微观渗流机理,并明确了CO_(2)-EGR的主控因素。研究结果表明:①驱动压差显著影响了致密砂岩气藏的气水微观分布和水锁程度,使得气水流动能力和气水相对渗透率特征不同;②CO_(2)-EGR微观渗流过程包括气水两相的非混相驱替和CO_(2)-CH_(4)的混相驱替,对应EGR机理为分别受生产压差和地层压力控制的黏性驱替和混相扩散;③注入的CO_(2)可有效缓解水锁现象和贾敏效应,与CH_(4)良好的混相能力能促进沟通分散气泡,微观驱气效率可达42%~94%;④含水饱和度、孔隙结构和驱动压差显著影响微观驱气的作用机制和驱气效率的改善幅度。结论认为,在进行致密砂岩气CO_(2)-EGR的方案设计时,可优先考虑中—低含水饱和度的区块作为试验靶区,并根据靶区储层孔隙结构特征,优化不同注气阶段的注采参数,可充分发挥CO_(2)对CH_(4)的黏性驱替和混相扩散作用。

关键词： 地下水渗流特性   土壤颗粒   胶结度   孔隙尺度结构   数值模拟  

摘要： 饱和土壤中地下水渗流过程的研究在诸多领域具有重要意义,土壤孔隙尺度结构差异对地下水渗流特性有显著影响。土壤颗粒胶结度是土壤的基本属性之一,但是目前针对不同胶结度的土壤孔隙尺度结构差异对地下水渗流影响的研究尚少。采用整体重排算法构建不同胶结度的土壤介质孔隙尺度结构,基于此运用有限元软件模拟介质中地下水渗流过程开展相关研究。结果表明:土壤颗粒胶结度对饱和土壤中地下水渗流具有显著影响。随着胶结土壤颗粒百分数Pc从0增至60.20%,流场的变异函数增大了70.15%(从1.233到2.098),即随着胶结度增大,流速空间非均质性显著增强。此外,沿地下水主要流动方向和垂直于主要流动方向上的流速概率密度分布函数均越来越发散。流速接近平均流速的区域减少,不流动区、优势流区同时显著增大。当Pc从0增至60.20%时,地下水中不流动区比例增大了23倍(从2.06%到48.31%),而优势流区比例增大了将近9倍(从0.27%到2.41%)。当平均流速不同时,渗流特征的以上变化趋势保持不变。此外,本研究发现不同胶结度介质间的孔隙尺度结构差异正是引起地下水渗流特性发生上述变化的内在原因。

关键词： 气-水界面   囚闭气   流动连续性   孔隙尺度   微流控技术   水相圈闭  

摘要： 水相圈闭是非常规天然气开发面临的主要储层损害问题之一,采用岩心驱替实验无法直观揭示孔隙内部气水两相分布和流动演化过程,因此,对水相圈闭损害微观作用机理的认识有待提高.根据致密砂岩铸体薄片,设计出一维通道和二维孔隙网络两种玻璃芯片模型,可视化研究了孔隙尺度下渗吸和返排过程中气-水界面演化和两相流动行为;结合岩心驱替实验,探讨了孔隙尺度气-水界面演化与致密砂岩宏观气体流动的关联机制.结果表明:(1)孔隙尺度下气-水界面随含水饱和度的增加由水膜水气-水界面向毛管水气-水界面演化,并主要通过卡断和绕流两种形式破坏气体流动连续性;(2)优势通道既是孔隙尺度下水相返排的快速走廊,也是气泡运移和贾敏效应发生的主要通道,是造成储层产水但不产气的一个重要原因;(3)孔隙尺度下气-水界面演化引起的水封气现象是水相圈闭损害的具体微观作用形式,宏观表现为岩心尺度上水相难以彻底返排和气体渗透能力不能完全恢复.实验结果可为储层岩石孔隙尺度下水相圈闭作用机理和气水可动性分析提供理论依据.

关键词： CO_(2)封存   两相流   孔隙尺度   微流控  

摘要： CO_(2)地质封存技术是缓解温室气体排放的一种有效手段,亚岩心尺度CO_(2)-水在多孔介质内的流动实验对阐明CO_(2)地质封存中的残余捕集过程的封存潜力预测具有重要意义。本文利用高压微流控芯片在毛细管数为2.37×10^(-5)条件下进行了CO_(2)驱替纯水的实验,以研究重力对气水两相流动的影响。实时采集到了两相在非均质孔隙内的分布形态和流动特点,进一步的对CO_(2)饱和度进行了量化和评估了CO_(2)的封存容量,阐明了重力对CO_(2)残余捕集过程的影响。