关键词： 多相反应   传递过程   多孔介质   固体溶解   格子Boltzmann方法  

摘要： 多孔介质中多相流-溶质输运-化学反应-固相演变的多场耦合反应输运过程对于许多科学和工程问题至关重要。建立孔隙尺度多相反应输运模型,研究了优势通道对多孔介质中多相反应输运过程的影响。结果表明,相比于单相反应输运过程形成沿优势通道扩展的虫洞,两相流的存在会改变传质路径,当非反应流体增多时,会封堵优势通道,抑制横向传质,导致虫洞溶解消失,固体溶解突破延后。此外,两相流的存在会使可供反应界面长度减小,平均反应物浓度在溶解突破后显著增大。

关键词： 海上油田   孔隙尺度   聚合物驱   加密开发   毛细管数   采出程度   微观渗流  

摘要： 海上油田SZ36-1油田Ⅰ期大井距聚合物驱试验区提高采收率幅度低于陆上油田的，含水率上升速度快，且连片状剩余油赋存量高。以增加驱替相黏度为核心的聚合物驱开发模式为基础，结合井网调控、提升驱替压力梯度的加密措施，提出聚合物驱与加密协同增效的开发模式。基于Cahn-Hilliard与Navier-Stokes方程，建立静态孔隙尺度聚合物驱数值模型，对水驱后聚合物驱过程进行数值模拟，分析压力梯度与黏度对聚合物驱开发效果的影响。结果表明：提高注入压力梯度和增加水油黏度比可以显著提升波及因数和洗油效率。压力梯度增加1.5倍，采出程度可提高22.2%;黏度比增加1倍，采出程度可提高4.8%。聚合物驱后新增波及区内压力梯度提升，结合化学剂增黏作用，综合动用连片状剩余油，实现聚合物驱与加密协同增效。流度控制作用与压力梯度增加对聚合物运移能力提升具有增效作用，为海上油田聚合物驱方案设计及提高采收率提供指导。

关键词： 热学计量   镍基合金泡沫   格子玻尔兹曼方法   渗透率   传热特性  

摘要： 以发汗冷却用镍基合金泡沫为研究对象，采用X-CT扫描技术重构获得其真实的微细观结构，基于多松弛格子玻尔兹曼方法（MRT-LBM），结合GPU加速技术，建立发汗冷却用镍基合金泡沫多孔材料的孔隙尺度导热-对流复合传热数值模拟方案。以空气为冷却介质，重点分析镍基合金泡沫在不同雷诺数条件下的流动传热特性。结果表明，镍基合金泡沫的流动存在明显的达西区、过渡区和强惯性区，临界雷诺数为1.36×10-1。并且，随着雷诺数的增大，虽然流动阻力增大，但传热效率也明显增强。在达西区，传热由导热主导，而过渡区与强惯性区则以强迫对流为主导。综合传热因子与雷诺数呈正相关，即增大雷诺数可有效提高泡沫结构的综合传热性能。研究获得的镍基合金泡沫流动与传热特性，为提高发汗冷却效率提供了一定的理论支撑。

关键词： LBM   海上低渗油藏   孔隙尺度   混相程度   烃气驱  

摘要： 海上低渗油藏水驱后孔隙中仍存在大量剩余油,采用烃气驱可进一步提高采收率,但动用机理尚不明确。以南海北部湾海域涠洲12-1油田为研究对象,根据铸体薄片实验结果抽提孔隙特征,利用格子玻尔兹曼微观孔隙尺度模拟方法,开展了水驱后烃气驱微观模拟,探究水驱后剩余油分布特征、烃气驱对剩余油的动用机理及不同气驱方式对驱油效果的影响。结果表明:水驱后孔隙中剩余油主要以并联孔道、膜状、盲端孔隙、小孔喉盲端孔隙等形式赋存;注入烃气可通过溶解萃取、原油膨胀、改善流道等动用剩余油,提高波及系数;烃气与原油混相时,气体突破时间延后25.29%,波及系数提高24.87%;不同注气方式中水气交替驱替效果最好,注入水可有效封堵高渗通道,提升注入气利用率,以1:1的水气段塞时注入气利用率可提升41.43%。该研究对海上低渗油藏水驱后烃气驱开发具有理论指导意义。

关键词： CO_(2)驱油   多孔介质   孔隙结构特征   混相   采收率  

摘要： CO_(2)混相驱替是低渗透油藏开发的重要方式,明确多孔介质的复杂结构、流体物性及注入参数对驱替效果的影响是低渗透油藏CO_(2)开发的理论基础。耦合流体运动方程与对流扩散方程,建立混相驱替数学模型。利用随机四参数生长法建立2种不同结构的岩心孔隙,开展复杂多孔介质内CO_(2)混相驱替模拟研究。通过对比不同孔隙结构下CO_(2)浓度变化规律、剩余油的形成及分布情况,分析黏度差异、密度差异、注入速度对两相渗流行为的影响,得出了黏度影响下不同孔隙结构的产量图版以及不同注入速度下浓度、黏度变化趋势图版,明确了孔隙尺度下CO_(2)混相驱替特征。研究结果表明:①混相驱替过程受孔隙结构影响,产生4种类型的剩余油:盲端剩余油、簇状剩余油、隔断剩余油、岩石骨架尾部剩余油及油膜。②不同孔隙结构下CO_(2)黏度对驱油效果的影响程度不同,其中孔隙内剩余油的含量约为78%,而大孔道多孔介质中剩余油的含量约为56%,且2种孔隙结构存在各自所适应的优势黏度。③随着所注入的CO_(2)密度逐渐增大,波及范围发生变化,具体表现为CO_(2)在孔隙中的分布范围缩小,在大孔道中的分布范围增大。对比不同黏比对数下的混合物密度变化,最大黏比对数下混合物密度是最小黏比对数下的1.12倍;含大孔道多孔介质内的最高浓度比约为260,不含大孔道多孔介质内的最高浓度比达450。④提高注入速度会改变原有的驱替压力系统,增大驱动能力,有效减少剩余油的分布,进而改善驱油效果。

关键词： 页岩   气水分布   甲烷吸附   格子玻尔兹曼法   储量评价  

摘要： 页岩原始储层含水,影响甲烷吸附能力,对页岩气储量精确评估带来困难。目前的主流研究方法具有一定的局限性,例如,吸附实验法缺乏直观性、分子动力学模拟法(MD)研究尺度较小、解析建模法相对理想等。基于格子玻尔兹曼方法(LBM),通过修正原始Shan-Chen模型考虑分子间作用力、耦合真实状态方程表征吸附热力学行为,建立了页岩水蒸气吸附和甲烷吸附的LBM模型,从介观孔隙尺度可视化展现了页岩三维孔隙网络中的含水分布及其对甲烷吸附的影响。结果表明,若将无机孔和有机孔的润湿角分别设为0°和120°,受亲水吸引力的影响,无机质呈现“小孔隙充填水、大孔隙附着水膜”的特征,而受疏水排斥力的影响,有机质不含水。不同含水饱和度下,孔喉配置关系和有机孔分布方式对有效流通路径的影响极大。原始页岩储层含水导致甲烷仅能吸附在有机质孔隙壁面,甲烷吸附位的数量大大降低。当压力较低和含水饱和度较高时,不考虑含水对甲烷吸附影响会导致计算的储量被高估(该研究算例可达到30%),特别对于黏土含量较高的陆相/海陆过渡相页岩,需要考虑含水对甲烷吸附的影响。

关键词： 中煤阶煤   孔隙结构   分形理论   高压压汞   氮气吸附   盘江矿区  

摘要： 为探究黔西南盘江矿区二叠系龙潭组中煤阶煤孔隙结构及孔径分形特征，通过高压压汞实验、低温氮气吸附实验对孔隙结构进行精细表征，基于分形理论对比分析中煤阶煤孔隙结构的多尺度特征。结果表明：研究区中煤阶煤微孔和小孔较为发育，孔隙开放程度与连通性较好，孔隙分形特征较为显著；中煤阶煤综合分形维数可较好反映中煤阶煤的变质程度，并与兰氏体积和兰氏压力呈现一定的正相关性，在一定程度上反映了煤层气赋存情况与解吸难易程度，即中煤阶煤分形维数越大，越有利于煤层气的开发与利用。该研究结论可为研究区后续的勘探开发工作提供数据和理论支撑。

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： 骨髓腔   骨陷窝   液体流动   流体切应力   骨组织   多孔弹性   液体压力   小管  

摘要： 目的为了更精确探讨骨内液体流动行为,本研究将骨髓腔,哈弗氏管和骨陷窝-小管整合在一起建立一个骨组织多尺度孔隙结构有限元模型,分析三个尺度孔隙内液体流动的相互影响。方法本研究基于多孔弹性理论建立一个考虑骨髓腔,哈弗氏管孔隙和骨陷窝-小管等不同孔隙结构的多孔弹性有限元模型。该模型假设骨内液体流动的动力来源为施加在一段截断股骨两端的循环生理载荷和骨内壁的髓内压。结果髓内压对骨内液体流动有显著的影响。哈弗氏管和骨陷窝-小管内液体压力随着髓内压幅值的增加而明显增加,但流速和流体切应力的幅值基本不变。髓内压频率对孔隙压力和流速的幅值基本无影响,但对孔隙压力随时间变化规律有显著影响。结论本研究建立的多级孔隙模型更精准地分析了骨内液体流动行为,对于深入理解骨内力传导具有重要意义。

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。