关键词： Porous materials  

摘要： Researches on the thermo-hydro-mechanical (THM) coupling effect in porous media from the perspective of pore-scale is of great significance for the study of enhanced oil recovery, nuclear storage, and geological sequestration of CO2. In order to study the migration of oil resources in porous media in the deep oil reservoir, we used a combined method to realize the THM process occurring in porous media. The Darcy-Brinkman-Biot method was applied to simulate the THM process and the calculation of thermal stress was achieved by adding the Duhamel-Neumann thermoelastic stress to the model. A water-oil two-phase flow process considering THM coupling effect in porous media was then realized. The model has simulated flow of multiphase fluid in the pore space by solving the Navier-Stokes equations and calculated flow of the fluid in the rock matrix by solving the Darcy equation. The two processes were coupled with a series of momentum exchange equations to obtain the displacement of solid particles, thus realizing the fluid-solid coupling effect. On this basis, a heat transfer model was added to numerical model to consider the influence of temperature field on the two-phase flow process. Temperature field acts on the matrix in the form of thermoelastic stress to realize the THM coupling process. Based on the model, we simulated the flow process of water-oil two-phase fluid in a two-dimensional porous media model. The results have shown that: (1) the direction of thermal stress was opposite to that generated by fluid-structure coupling effect, which made the total stress smaller than that under the fluid-structure coupling effect;(2) the porosity of the model increased with the increase of temperature, however, when the injection temperature difference reached 150 K, the porosity no longer increased significantly;(3) with the increase of temperature, the relative permeability of the water phase increased and the equal-permeability point shifted to the left. © 2021, Chinese J

关键词： 微观结构   等效孔隙网络模型   孔隙尺度   孔喉结构参数   绝对渗透率   各向异性  

摘要： 以羊场湾不粘煤为研究对象,基于micro-CT扫描实验和Avizo处理软件,对煤中孔裂隙、矿物质以及煤基质进行精确提取与分割,并通过三维重构技术,得到了连通孔裂隙模型;在此基础上,进一步建立了具有孔裂隙形态学拓扑结构的等效孔隙网络模型,统计分析了煤中孔喉结构参数,包括孔隙半径、孔隙体积、喉道半径、喉道长度以及配位数;基于孔隙尺度的渗流模拟,实现了孔裂隙空间单相水的可视化渗流过程,并计算了3个方向的绝对渗透率。研究结果表明:羊场湾不粘煤中以片状孔隙群和大尺度互相垂直的裂隙发育为主,平均孔隙半径和喉道半径分别为106、27.79μm,平均配位数为3.45;在单相水渗流过程中,孔裂隙空间内的渗流速度明显高于流入流出端,3个方向的渗透率表现出明显的各向异性,其中y方向的绝对渗透率数值最大,x方向的渗透率最小。

关键词： 多孔介质   渗流   荧光倒置显微镜   孔隙尺度   碳封存  

摘要： 为了更好地从微观尺度揭示流动机理,研制了高温高压多相渗流显微成像实验系统,开发了孔隙尺度的多相流体成像识别技术。以CO_(2)在不同孔隙通道结构微芯片中驱替咸水实验为例,介绍了该实验系统的使用步骤和方法,利用荧光倒置显微镜结合高速相机,捕获了CO_(2)咸水层封存中的两相微观渗流过程。通过后期图像处理可以定量分析饱和度等物性参数,为系统掌握多相流体微观渗流规律提供了必要的基础实验数据,为工程应用提供一定的理论参考。

关键词： 纳米流体驱油   提高采收率   孔隙尺度模拟   流体体积法  

摘要： 基于不同渗透率岩心的三维微观模型,采用流体体积法对纳米流体驱油进行数值模拟;利用实验测得的含SiO_(2)纳米颗粒的悬浮液界面张力、接触角和黏度,针对质量分数为0~1%、具有不同粒径的SiO_(2)纳米颗粒的水基悬浮液,研究了纳米颗粒质量分数和粒径、驱替液流速、原油黏度和岩心渗透率对纳米流体驱油效率的影响。研究表明:采收率随着颗粒质量分数的增加而增加,纳米颗粒质量分数增加到0.5%时,与水驱相比采收率可提高约19%;纳米流体驱油采收率随着纳米颗粒粒径的减小而增加;在毛管数接近临界值的注入模式下使用纳米流体驱油对高黏低渗储集层提高采收率最为有效,且提高采收率幅度随着驱替速度的增加而减小;原油黏度越大,岩石渗透率越小,纳米流体驱油提高采收率的效果越明显。图16表2参37。

关键词： 液氮压裂   煤层气   储集层改造效率   CT扫描   数字岩心   原子力显微镜   孔喉连通性   微纳米尺度   力学性质  

摘要： 液氮压裂是提高煤层气储层改造效率的潜在可行性技术之一,而目前对于液氮冷冲击作用下煤岩孔喉连通性及微观渗流特征可视化的研究则较少,致使该作用对煤岩微纳米尺度渗流特征与力学性质的影响机制认识尚不明确。为了给液氮压裂提高煤层气储层改造效率技术提供理论依据,基于CT扫描和原子力显微镜研究了液氮冷浸前、后煤岩微纳米尺度孔隙结构及力学性质的变化,揭示了液氮冷冲击作用对煤岩渗流能力的影响机制。研究结果表明:①液氮冷浸后,煤岩孔隙数量和孔隙尺度均增大,本次实验条件下孔隙度增大2倍,微裂缝占主导,微裂缝体积占比由液氮冷浸前的7.7%增至90.0%;②基于CT三维孔隙结构重构模型,液氮冷浸后,煤岩喉道数量、总长度、总体积均显著增加,较之于液氮冷浸前,分别增加了1.7倍、1.4倍、1.3倍,煤岩孔隙连通性得以明显改善;③液氮冷浸后,煤岩的绝对渗透率显著提高,在实验条件下为液氮冷浸前的77倍,热应力形成的微裂缝成为液氮冷浸后煤岩的主要渗流通道;④液氮冷浸后,煤岩基质区域和矿物区域均有孔洞及裂缝形成,煤岩表面粗糙度增加,与此同时煤岩基质区域和矿物区域的弹性模量均有所下降,弹性模量平均值分别降低81%、91%。结论认为,液氮冷冲击作用使得煤岩微观缺陷增多、力学性质劣化;液氮压裂有望成为一种高效、绿色的新型煤层气储层改造技术。

关键词： 润湿性   绿泥石   孔隙尺度   岩芯尺度   延长组   鄂尔多斯盆地  

摘要： 润湿性是储层的重要性质,对提高采收率和油气运移研究至关重要.岩石矿物组成影响储层的润湿性,但对其具体作用仍没有明确认识.文章以鄂尔多斯盆地延长组储层为例,开展了储层岩石学特征和润湿性特征的综合研究,分析了绿泥石对砂岩储层润湿性的影响作用.结果表明,延长组储层内绿泥石非常发育,主要包括碎屑状绿泥石、绿泥石膜和黑云母转化的绿泥石;其中绿泥石膜通常覆盖在孔隙周围,构成孔隙表面的主要矿物.储层受到原油的充注及改造作用后,绿泥石在孔隙尺度具有水润湿和油润湿两类.绿泥石是组成储层油润湿孔壁的主要矿物,对岩石油润湿性的形成起重要作用.在岩芯尺度,受到岩石非均质性和含油性差异等影响,孔隙周围绿泥石的含量与Amott-Harvey指数相关性较差.

关键词： 富油煤   孔隙结构   低温液氮吸附法   压汞法   核磁共振法   气渗透法  

摘要： 利用富油煤提油炼气是弥补我国油气供给不足的重要措施,而富油煤的孔隙发育特征及其渗透能力等方面的研究是开发利用富油煤的基础工作。以榆神府矿区富油煤为研究对象,采用低温液氮吸附法、压汞法、核磁共振法以及气渗透法等多元手段对富油煤多尺度孔隙结构进行分析,并开展富油煤全段孔隙表征研究。基于富油煤多尺度孔隙结构测试结果,开展富油煤孔隙特征与传统低阶煤样差异性讨论。结果发现:榆神府矿区富油煤微小孔隙极为发育,占比高达70%以上,大孔、中孔发育相对不足,仅占总孔隙的25%~30%;核磁共振结果与低温液氮吸附法、压汞法联合表征结果对比发现,联合低温液氮吸附法与压汞法可较好地表征煤样全段孔隙;相较于传统低阶煤,富油煤具有较大的孔比表面积与低温氮吸附量,分别为27.48 m^(2)/g、40~50 cm^(3)/g,具备富油煤提油炼气的良好物性条件。

ISBN: (纸本)9787030689931

关键词： 微-纳米孔   页岩   作用势能   赋存状态   吸附  

摘要： 通过考虑微-纳尺度孔隙内流体分子与孔壁间的相互作用势能,引入简化的局部密度函数理论,建立微-纳尺度孔隙不同类型流体的赋存状态数学模型。同时,该模型也考虑微-纳尺度孔隙内流体临界参数随孔隙尺度的变化特征。基于该数学模型,分别对单组分、双组分及三组分流体的赋存状态进行模拟,评价孔隙直径、组分含量及流体组成等对流体赋存特征的影响。结果表明在微-纳尺度孔隙内流体以吸附相和体相两种形式存在,孔壁处吸附相流体的密度高于孔隙中部的体相流体密度;多组分流体在孔隙内的吸附(液膜)层厚度,大于其中单一轻质组分流体所形成的吸附层厚度,小于单一重质组分流体形成的吸附层厚度;随着孔隙直径及流体碳数的增大,吸附层厚度增大,但增加幅度减小,孔隙直径与吸附层厚度呈近似指数关系。

关键词： 格子玻尔兹曼   润湿性   接触角   孔隙尺度模拟   孔隙介质  

摘要： 土壤水控制着陆地生态系统几乎所有的物理和生物化学过程,准确描述土壤中水的分布与运动状态对人类发展和生态环境保护均有重要意义.土壤水分布不仅与孔隙结构有关,而且受土壤固相表面润湿性的影响.一般对土壤水分布都是从宏观尺度进行描述,但土壤中的物理及生化过程都发生在孔隙中,从孔隙尺度分析土壤水的分布规律,有助于更准确地理解土壤中的各种宏观现象.本文通过X射线扫描成像技术获取两个土样的三维孔隙结构,并采用改进的Shan-Chen格子玻尔兹曼模型,模拟了在不同润湿性条件下两个土样中孔隙水分布,分析了接触角对孔隙水分布的影响,结果表明:接触角较大时,孔隙直径对液态水和水蒸气分布影响较小,随着接触角减小,孔隙直径对液态水和水蒸气的分布影响增大;接触角对液、气、固之间的界面面积以及流体输运通道直径也有较大影响,液体输运通道直径随接触角减小而变小,气体输运通道直径则随接触角的减小先增大,后减小;土壤中液态水密度随接触角变化很小,但水蒸气密度随接触角减小而显著降低;接触角较大时,饱和度对水蒸气密度无明显影响,接触角较小时,饱和度的增大会显著提高水蒸气的密度.