关键词： 格子玻尔兹曼方法   微扩散层   孔隙尺度模拟   孔隙结构   渗透系数  

摘要： 运用基于球体的模拟退火方法和动态颗粒堆积模型数值重建了微扩散层(MPL),其中前者更能准确地反映多孔介质的孔隙特性.利用具有多反射固体边界的多弛豫时间格子玻尔兹曼方法模拟了重建的微扩散层内的单相流动.系统地分析了碳相体积分数、聚四氟乙烯(PTFE)载量、孔隙率和PTFE分布方式对微扩散层孔隙结构和渗透率的影响.结果表明:微扩散层渗透率随碳相体积分数和PTFE载量的增加而减小,且PTFE的分布方式影响微扩散层的孔隙结构和渗透率.KC关联式低估了MPL的渗透率,通过拟合计算数据提出了预测MPL渗透系数的关联式,预测结果与孔隙尺度模拟结果的相对误差小于12%.

关键词： 微流控模型   微观剩余油   赋存状态   流动路径变化特征  

摘要： 水驱是我国常规砂岩油藏最主要的开发方式,研究微观剩余油流动动态对于指导处于高含水阶段的水驱油藏开发具有重要意义。本文在微观玻璃模型驱替实验的基础上,建立了微观剩余油特征参数定量表征方法,以"微观剩余油占据的孔喉数"、"形状因子"、"油—岩石接触比"和"欧拉数"为特征参数,对微观剩余油进行了分类识别和定量统计,进而研究了水驱过程中微观剩余油的赋存状态和动态演化特征。在此基础上,进一步地以不同类型微观剩余油所占据孔隙的"平均孔隙半径"、"平均孔喉比"和"平均配位数"为特征参数,研究了微观剩余油的流动路径特征。研究结果表明:孔隙半径是决定簇状剩余油赋存的主控因素,孔喉比是形成多孔状剩余油的主控因素,而滴状微观剩余油分布的孔隙半径、孔喉比和配位数都更加宽泛,柱状和膜状剩余油分布的孔喉比和配位数也均较为宽泛;在非均质模型中,非均质性对簇状和多孔状微观剩余油流动动态起着主导作用,微观剩余油主要存在于孔喉半径较小的低渗区域,孔喉比和配位数的影响不大,而其他三类非连续相剩余油均在水驱过程中尤其是高含水阶段形成,并且多存在与水驱已波及区域,非均质性对其微观剩余油的流动动态影响较小。

关键词： 构造煤   孔隙结构   分形特征   灰色关联分析  

摘要： 构造煤的孔隙结构具有非均质性、自相似性及标度不变性等分形特征,难以用传统的欧式几何方法对其孔隙特征进行定量描述。为了研究构造煤不同尺度孔隙结构的分形特征及表征方法,采用低温CO2吸附法、低温N2吸附法和压汞法等分别测试了4种试验煤样(原生结构煤、碎裂煤、碎粒煤和糜棱煤)的微孔、介孔及大孔孔隙结构,分析了构造煤中不同尺度孔隙的分形特征,探讨了构造煤孔隙结构多尺度分形特征综合表征方法,运用灰色关联方法研究了构造煤孔隙分形维数的影响因素。研究结果表明:基于CO2吸附数据的微孔填充模型、基于N2吸附数据的FHH模型和基于压汞数据的热力学模型分别能够对构造煤微孔、介孔和大孔孔隙的分形特征进行有效表征,不同尺度孔隙的分形维数随构造煤类型变化的规律不同,其中微孔分形维数及介孔中2~6 nm孔径段的分形维数随构造煤的破坏程度增大而增高,其余尺度孔隙的分形维数变化则没有明显规律。以阶段孔容比例为权重,对构造煤不同尺度的孔隙分形维数进行加权计算,即得构造煤多尺度综合分形维数,其能够反映不同尺度孔隙的分形特征,表现为多尺度综合分形维数随构造煤变形程度的增强而增大。根据灰色关联度排序,中值孔径、微孔孔容、总比表面积、微孔比表面积等因素对分形维数的影响最大,最可几孔径、总孔容、介孔比表面积、微孔比表面积比例等因素次之,灰分、挥发分、介孔孔容、介孔比表面积比例等因素对分形维数的影响相对较小。

关键词： 多相流   剩余油   多孔介质   相场方法   提高采收率  

摘要： 基于真实岩心颗粒粒径分布,利用过程法构建疏松砂岩油藏的三维孔隙结构模型,利用相场方法建立两相流体流动数学模型并利用有限元方法进行求解,研究驱替速度、流体性质、润湿性对剩余油分布以及采出程度的影响.结果表明:驱替速度的增大和油水粘度比的减小会导致较大的毛管数,进而有利于采出程度的提高;就润湿性而言,水湿条件下毛管力是水驱油的动力,而在油湿条件下是阻力,因此水湿岩心采出程度更高.同时,从孔隙尺度对油水渗流机理及剩余油分布机理进行揭示,结果表明:由于多孔介质的复杂孔隙结构,流体在流经不同孔隙时呈现不同的流动特征,进而对油水两相流整体的压力分布、流速分布造成重要影响.

关键词： 面积分数   多尺度分析   封严涂层   孔隙   分布均匀性   定量表征  

摘要： 多相非均质可磨耗封严涂层的孔隙尺寸复杂、形貌不规则,采用常规方法难以对其孔隙分布均匀性进行准确的定量表征。基于面积分数多尺度分析(Multi-scale analysis of area fraction,MSAAF)结合图像二值化处理和数字图像重采样技术,利用MSAAF曲线外推拟合线斜率绝对值k与均匀性长度LH定量表征孔隙分布均匀性。引入集群系数fc,基于铝硅聚苯酯封严涂层金相照片建立具有不同孔隙分布均匀性的模型,并对孔隙面积分数为1.0%和4.6%两种情况进行数值计算,探究k和LH与孔隙分布均匀性之间的相关关系。结果表明:随集群系数fc的增大,k减小,LH增大,对应的孔隙分布均匀性变差。试验与仿真结果相比,k和LH的相对误差分别为1.6%、4.3%。该方法可以为封严涂层或其他类似材料的组成相分布均匀性定量表征提供参考。

关键词： 格子玻尔兹曼方法   液流电池   反应传输过程   孔隙尺度  

摘要： 低共熔溶剂作为一种非水系电解液,在提高液流电池能量密度方面展现出极大的发展潜力。本文针对以低共熔溶剂为电解液的非水系全铜液流电池内反应传输行为,建立了考虑电解液流动、铜离子组分传质、电荷传输以及电化学反应过程的孔隙尺度多松弛时间格子玻尔兹曼模型。在此基础上,以随机重构获得的三维多孔电极结构为模拟对象,数值研究了这种非水系液流电池正极恒电流充电过程中孔隙尺度的耦合反应传输过程,分析了充电电流密度及运行温度对非水系全铜液流电池运行性能的影响规律。

关键词： 孔隙类型   孔径分布   核磁共振   低阶煤储层   侏罗系   黄陇煤田   陕北煤田  

摘要： 多尺度微观孔隙结构对低阶煤储层煤层气吸附/解吸过程的研究具有重要意义。以黄陇侏罗系煤田和陕北侏罗系煤田低阶煤为研究对象,采用压汞、液氮吸附和CO2吸附等测试手段表征低阶煤储层的孔径分布、孔隙类型等参数,联合核磁共振测试定量分析低阶煤阶段孔径和多尺度孔径分布特征。结果表明,低阶煤孔隙以微孔为主,大孔次之。微孔、大孔、介孔对比表面积的贡献率依次减小。低阶煤储层孔隙类型以两端开口的“柱状孔”和“墨水瓶孔”为主,孔隙连通性较好。核磁共振法获取样品的T2 c截止值为1.4~155.2 ms,变化较大,束缚流体饱和度(BVI)为79.21%~96.96%,可动流体饱和度低。低阶煤储层的孔隙结构复杂多样,单一测试技术与联合计算表征方法在表征低阶煤储层的孔隙结构时差异较大。

关键词： 孔隙尺度   热的非平衡性   多孔介质  

摘要： 利用孔隙尺度介观方法对交错排列的固体小球的三维填充床进行数值模拟。研究高温条件下,考虑小球内部的热传导和小球表面的辐射换热时,固体小球和流体之间热的非平衡性以及孔隙内的流动特性。数值计算与实验结果吻合较好。结果表明:除进出口通道外,填充床内同相和异相之间都存在热的非平衡性,气相处的温度变化比气固两相交替处的温度变化更剧烈;无量纲速度分布呈周期性变化,气相处最大无量纲速度在13~14之间,最小无量纲速度约为0.5。

关键词： 孔隙尺度   格子Boltzmann法   流体流动   溶质运移  

摘要： 深入探究孔隙尺度下的流体流动特性和溶质运移规律对石油开采、农田养分管理、地下水污染修复有着重要意义。以人工构建的多孔介质结构和同步辐射X射线显微CT扫描的土壤团聚体(分辨率3.7μm)为研究对象,在空间节点数多达64 000 000的情况下,基于格子Boltzmann模型和GPU并行技术计算得到多孔介质流体运动和溶质运移过程的关键参数,并据此探究多孔介质空间异质性对水力学特性的影响。通过对3组不同结构的多孔介质比较发现,结构复杂程度最高的土壤样品和不规则堆叠的圆球结构的渗透率在100 mD(即10^-13m^2)量级,远低于规则堆叠的圆球结构(>20 000 mD);土壤的迂曲度为1.40~1.60,明显高于规则堆叠的圆球结构。研究结果表明,渗透率大的样品具有较小的迂曲度,这与结构的空间异质性有较强的关系;土壤的渗透率和迂曲度呈现各向异性;在水力梯度一定的前提下,渗透率较大的样品,纵向弥散系数也较大;同时,结构的异质性也会影响溶质的穿透曲线。本研究提出的模拟方法可在土壤结构中进行高效的水流运动和溶质运移模拟,可用于土壤多孔介质在孔隙尺度下的水力学特性研究。

关键词： 多孔介质   孔隙尺度   扩散迂曲度   光滑粒子法   有效扩散系数  

摘要： 多孔介质的扩散迂曲度是污染物在多孔介质中扩散速率的重要量度,研究扩散迂曲度对于研究污染物在多孔介质中的运移规律具有重要意义。迂曲度作为反映孔隙结构的复杂程度的量化指标,其值的大小与孔隙结构关系密切;而在常规宏观试验中难以实现对孔隙结构和试验条件的精准控制,因此有必要发展数值仿真试验技术对扩散迂曲度与孔隙结构的关系进行机理性研究。基于光滑粒子流体动力学(SPH)方法对重构三维土柱进行仿真试验,再采用曲线拟合可获取介质的扩散迂曲度值并确定有效扩散系数。分别采用颗粒流法(PFC)和蒙特卡洛方法随机生成三维球型颗粒堆积土柱和不同倾角的三维片状型颗粒重构土柱用于仿真试验,并根据计算结果探讨了颗粒类型和片状颗粒片层倾角对多孔介质扩散迂曲度的影响。计算结果表明:对片层状多孔介质,片层与浓度梯度方向的夹角对介质的扩散迂曲度影响明显;扩散迂曲度随着片层偏角的增大而增大;当片层走向与浓度梯度方向一致时迂曲度甚至可能小于同孔隙率的球状颗粒堆积体的迂曲度值。