关键词： 页岩气储层   孔隙系统   多尺度   联合表征  

摘要： 页岩气储层孔隙系统的研究是页岩气表征与评价的核心工作之一。鉴于页岩矿物成分复杂、孔隙组分多样,多种测试手段的联合分析已成为页岩孔隙系统研究中的一个发展趋势。综合氩离子抛光-扫描电镜、低温液氮吸附、CO2吸附、特高压压汞等对川东南志留系龙马溪组页岩的微观孔隙结构、孔径分布及连通性等进行了配套实验研究。研究结果表明:1页岩储层孔隙以100 nm以下的中孔和微孔占主导,其中孔径为10 nm左右的孔隙所占体积最大;2有机质发育及含量决定了页岩气储层孔隙发育情况及孔径大小分布,表现为随着TOC含量的增大,孔径大的孔隙部分逐渐增多,有效孔隙度逐渐增大;3多种实验手段联合测试才能获得页岩的多尺度孔隙全貌特征,而液氮-高压汞联合测试能反映其孔隙系统的基本特征。总体上,优质页岩气储层具有更大的微孔孔容、比表面积、孔径大小及有效孔隙体积,研究成果和结论对页岩气储层孔隙系统的综合表征和评价具有重要借鉴意义。

关键词： 格子Boltzmann方法   流体混合   化学反应   孔隙尺度   GPU计算  

摘要： 利用格子Boltzmann方法和GPU计算技术,在孔隙尺度上模拟多孔介质中包含界面化学反应的粘性指进现象,定量分析化学反应对流体混合的影响.采用单浓度变量的双稳态模型来描述界面反应,而各向同性的多孔介质则通过四参数法生成.研究发现化学反应能减小指进界面厚度,抑制流体的混合,甚至会出现反混合现象,并且随着反应速率的增加,影响越明显.

关键词： 孔隙尺度   多孔介质   两相流   数值模拟  

摘要： 本文基于二维micro CT扫描图像进行数值重构得到三维多孔介质几何模型,采用Shan-Chen多相格子Boltzmann方法(LBM)建立适用不规则几何边界区域内气液两相流动数值模型,在此基础上对复杂多孔介质内的两相流动过程进行孔隙尺度模拟。结果表明,气-液两相流动受限于多孔介质的复杂孔隙结构,气液表面张力、壁面润湿特性以及进出口压差对两相流动特性将产生明显影响。

关键词： 缺陷   孔隙   弹性常数   周期对称边界条件   细观尺度  

摘要： 为预测含孔隙复合材料单层板的弹性常数,以单向纤维增强复合材料单层板为研究对象,首先,基于细观力学方法,提出了一种基于两尺度代表体元的含孔隙复合材料单层板弹性常数预测方法;然后,基于纤维排列和孔隙特征,建立了纤维-基体尺度的代表体元模型和含孔隙复合材料单层板的代表体元模型,并采用有限元方法求解弹性常数;接着,采用周期对称边界条件,在纤维-基体尺度先进行第1步等效,得到不含孔隙复合材料单层板的弹性常数;最后,在含孔隙复合材料单层板的代表体元模型上进行第2步等效,完成了含孔隙复合材料单层板弹性常数的预测。结果显示:应用该方法得到的计算结果与试验数据吻合较好;结合纤维、基体弹性常数及孔隙形态的模型,该方法可以反映各因素对复合材料单层板弹性常数的影响。

关键词： 多孔介质   页岩   渗透率   扩散   滑脱  

摘要： 为研究页岩气在多尺度孔隙介质中的渗流率表征,以及分析各种流动状态对渗透率的贡献。基于页岩储层孔径分布特征,利用Kundsen数对流动状态进行划分,建立气体分子在多孔介质中的渗透率理论计算模型,分析了孔隙流体压力与渗透率的关系以及不同流动状态对渗透率的贡献。模型研究表明:多孔介质渗透率受气体达西流、滑脱流、Fick扩散流、过渡扩散流及Kundsen扩散流的影响;气体流动状态受流体压力和孔径分布决定,流体压力降低导致气体在多孔介质中的流动状态发生改变;随着储层流体压力降低,过渡扩散流对渗透率贡献增加,页岩储层渗透率增大。储层流体压力低于1 MPa时,Kundsen扩散流对渗透率贡献逐渐增大,渗透率迅速增加。

关键词： 多尺度方法   储层描述   油藏模拟   孔隙   岩石物理性质   尺度变换   工作流程   多尺度法  

摘要： 文中介绍了为从孔隙尺度到油藏模拟尺度的储层描述所建立的一致性框架，解释了与储层描述相关的概念，并定义了对储层描述最为重要的尺度；展示了工作流程，说明了如何把静态和动态岩石物理性质从一种尺度向另一种尺度变换，以及如何考虑每一次尺度变换时程序的相似性和差异性；解释了为什么多尺度方法涉及的步骤不单单是粗化（upscaling）（传统上往往假设仅涉及粗化一个步骤），并通过实例说明了综合性多尺度法所涉及的各种尺度；最后讲述了如何运用模型一原型（modeel—prototype）相似性的概念来克服描述流程的缺陷，并介绍了其在把取决于饱和度的岩石物理性质向更大尺度变换中应用的细节。

关键词： 比德-三塘盆地   煤储层   孔隙结构   分形维数  

摘要： 为利用煤储层孔隙结构的分形维数来定量描述其复杂程度,基于压汞试验,对黔西比德-三塘盆地主采煤层10个煤样进行了分形特征研究,并阐明了分形维数与煤储层物性之间的关系。结果表明:煤储层的分形可分为煤基质颗粒间大孔隙分形、煤基质颗粒中过渡孔隙分形和煤基质颗粒中微、小孔隙分形;大孔和过渡孔分形维数较高,小孔和微孔分形维数较低,3种孔隙结构的复杂程度依次为过渡孔>大孔>小孔和微孔。不同尺度的孔隙分形维数与孔隙体积分数呈负相关关系;大孔和过渡孔的分形维数均随着煤的变质程度、镜质组含量、灰分的变化呈现高-低-高的变化规律,与惰质组含量呈现低-高-低的变化规律,与水分、退汞效率成正相关关系,与平均孔径、孔隙度成负相关关系;小孔和微孔的分形维数与煤的变质程度、镜质组含量呈现低-高-低的变化规律,与惰质组和灰分含量呈现高-低-高的变化规律,与水分和退汞效率成负相关关系,与平均孔径和孔隙度成正相关关系。

关键词： 龙马溪组   孔隙形貌   孔径分布   控制因素  

摘要： 为了深入研究下古生界海相页岩储层微观孔隙特征及其发育控制因素,本文采用多种孔隙表征及基础地化参数研究手段,实现了对孔隙特征从电镜下直观的形貌观察到对孔隙结构的宏孔-微孔全尺度定量测试,并结合样品地球化学参数和矿物组成探讨了页岩孔隙发育的控制因素。研究结果表明:海相龙马溪组页岩普遍发育有机质孔、粒间孔、粒内孔以及微裂缝等4种微观孔隙类型。其中以有机质孔和黏土矿物集合体粒间孔最为发育;联合高压压汞、低温液氮和二氧化碳吸附实验表明孔径分布曲线呈多峰态,总体孔径以小于50nm为主,表现为介孔和微孔为主,形态多为细颈广体的墨水瓶孔和四周开放的平行板状的狭缝型孔,页岩孔隙孔体积主要有微孔和宏孔贡献,而比表面积主要由小于5nm孔径的微孔-介孔贡献;泥页岩总有机碳(TOC)含量和主要矿物是控制孔隙大小的关键因素,其中TOC含量控制着页岩微孔与宏孔的发育,而黏土矿物与脆性矿物分别对介孔和宏孔有着积极的影响。

关键词： 泡沫金属   相变材料   融化   格子Boltzmann方法   孔隙尺度  

摘要： 在构建开孔泡沫金属二维几何结构模型的基础上,采用格子Boltzmann方法基于孔隙尺度对泡沫金属内融化传热及流体流动过程进行了数值模拟,并重点分析了Rayleigh数、孔隙率及孔密度等对融化相变传热过程的影响。与纯相变材料融化具有光滑、清晰的相变界面、融化沿着热流方向整体推进的特征所不同的是,在泡沫金属结构下相变材料的融化以金属骨架为中心产生并推进展开,在融化前沿形成融化区和非融化区交错分布的特征,数值模拟结果与文献实验观测结果一致。此外,数值模拟表明相变材料的融化率随着Rayleigh数的增大、泡沫金属孔隙率的减少及其孔密度的增大而增大。

关键词： 饱和多孔介质   温度   悬浮颗粒   孔隙结构   临界流速   土柱试验  

摘要： 悬浮颗粒在饱和多孔介质中迁移与沉积特性的研究成为环境岩土工程领域研究的热点课题。这些研究在诸如地下水污染物迁移和扩散、地下水回灌、反滤层设计、石油开采、核废料处置和注浆加固等领域有重要的学术意义和应用价值。本文以稳态条件下颗粒迁移的对流弥散方程为基础,推导了非稳态均匀流条件下颗粒的对流弥散方程,得到了非稳态均匀流条件下颗粒在两种不同边界条件下对流弥散方程解析解。其次,通过室内土柱试验研究了孔隙结构、渗流速度、重力、颗粒尺寸分布等对颗粒迁移和沉积特性的影响规律和作用机制。另一方面,研制了可开展不同温度下颗粒渗透迁移的温控土柱渗透试验装置,并利用该装置进行了不同温度下颗粒穿透试验,揭示了温度对颗粒在饱和多孔介质中迁移和沉积的影响机制。最后,以聚丙烯酰胺颗粒为例,研究了其改性水泥土的强度和吸附重金属Pb2+的特性及聚丙烯酰胺对Pb2+在固化水泥土中的淋滤渗透特性的影响规律。主要的研究内容包括:(1)以稳态条件下颗粒迁移的对流弥散方程为基础,推导了非稳态均匀流条件下饱和多孔介质中颗粒迁移的对流弥散方程,得到了两种不同边界条件下的解析解,并且对解析解中各种迁移参数进行了讨论。对不同情况的解析解的分析可知,随着时间、沉积系数或者迁移距离增大,颗粒的浓度峰值逐渐减小。(2)对于大小和形状一定的颗粒来说,通过测试颗粒浊度来反映其浓度的变化能取得较好的结果。通过开展颗粒和示踪剂在两种不同孔隙结构多孔介质(玻璃球和石英砂)中和5种不同渗流速度下迁移的土柱渗透试验,基于一阶沉积动力学颗粒的对流弥散方程的解析解得到了颗粒及示踪剂的迁移参数,给出了孔隙结构和渗流速度对颗粒在饱和多孔介质中迁移规律影响的内在机制,揭示了颗粒在两种介质中加速效应的物理机制,表明颗粒在两种介质中加速效应均存在一个临界渗流速度,大于该流速时颗粒运移要快于示踪剂,并且两种介质中相应的临界流速不同。(3)开展了 4种不同粒径分布的颗粒(其中一种由另外三种按等体积混杂得到)在5种渗流速度和两种滲流方向(垂直向下与垂直向上)的室内土柱试验,探究了颗粒粒径、尺寸分布及重力对颗粒在饱和多孔介质中的迁移规律。证实了颗粒的穿透曲线可以很好的用考虑弥散作用修正后的对流弥散方程解析解描述拟合;给出了颗粒粒径、尺寸分布、渗流速度对颗粒出流浓度的影响规律和机理,探究了重力对颗粒出流浓度、运移参数的影响作用;研究了颗粒弥散系数与孔隙水流速的关系,给出了颗粒弥散度与中位粒径关系的经验公式。(4)利用自行研制的可开展不同温度下颗粒渗透迁移的温控土柱渗透试验装置,对水源热泵回灌过程中起主导因素的大于1Oμm的范围较广的6种不同中位粒径颗粒进行了 4种不同温度和3种不同渗流速度下的土柱渗流试验。同时探讨了不同温度下颗粒与示踪剂的迁移规律的差异性;得到了温度对饱和多孔介质中颗粒迁移和沉积的影响规律和作用机制;分析了温度对颗粒加速效应的影响机理;基于理论解析解得到运移参数,揭示了温度与各运移参数的内在关系,并给出了温度与运移参数关系的经验公式。此外,探讨了测量条件不同(温度,静置时间)对硅粉颗粒浊度和荧光素钠的荧光值测量的影响。(5)以一种典型的颗粒聚丙烯酰胺为例,探究了其改性水泥土的强度特性,开展了聚丙烯酰胺颗粒固化水泥土对重金属Pb2+的吸附机理和淋滤穿透特性,揭示了温度对聚丙烯酰胺固化水泥土中Pb2+迁移的规律,结果表明聚丙烯酰胺水泥土对铅离子的等温吸附符合Freundlich吸附模型,聚丙烯酰胺(PAM)的掺入可以改变铅离子在水泥土吸附柱中的迁移规律。