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多孔介質(zhì)細(xì)觀流動(dòng)理論及模擬方法 版權(quán)信息
- ISBN：9787030671325
- 條形碼：9787030671325 ; 978-7-03-067132-5
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊(cè)數(shù)：暫無(wú)
- 重量：暫無(wú)
- 所屬分類：>
多孔介質(zhì)細(xì)觀流動(dòng)理論及模擬方法 內(nèi)容簡(jiǎn)介
多孔介質(zhì)細(xì)觀流動(dòng)規(guī)律是多孔介質(zhì)宏觀流動(dòng)特征的本質(zhì)。本書(shū)從多孔介質(zhì)基本屬性和細(xì)觀尺度流動(dòng)的力學(xué)特性出發(fā)，深入揭示多孔介質(zhì)中固-液界面微觀力作用對(duì)流動(dòng)的影響，建立了多孔介質(zhì)細(xì)觀流動(dòng)理論及模擬方法。本書(shū)主要內(nèi)容包括考慮固-液界面微觀力作用下微可壓縮流體的微圓管穩(wěn)態(tài)流動(dòng)、不穩(wěn)定流動(dòng)、兩相流動(dòng)，考慮固-液界面微觀力作用下的毛細(xì)管束模型模擬多孔介質(zhì)宏觀流動(dòng)規(guī)律、納微米流體流動(dòng)動(dòng)力學(xué)數(shù)學(xué)模型和油水流動(dòng)動(dòng)力學(xué)機(jī)制，考慮分子間作用力、空間位形力、雙電層效應(yīng)的均勻和非勻相流體不可壓縮流體流動(dòng)規(guī)律，考慮微觀力作用的微觀網(wǎng)絡(luò)數(shù)值模擬方法及室內(nèi)實(shí)驗(yàn)?zāi)M方法，結(jié)合油田實(shí)際儲(chǔ)層模擬孔介質(zhì)細(xì)觀剩余油形成機(jī)制，并提出如何啟動(dòng)剩余油的方法等。 本書(shū)可供從事石油工程、滲流力學(xué)、流體力學(xué)、地下水和地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)與利用、礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)與利用、化工、水利、能源與環(huán)境、材料科學(xué)與工程、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、物理學(xué)及國(guó)防科學(xué)與技術(shù)應(yīng)用等專業(yè)的高等學(xué)校師生、科研人員和工程技術(shù)人員參考使用。
多孔介質(zhì)細(xì)觀流動(dòng)理論及模擬方法 目錄
目錄
前言
第1章 多孔介質(zhì)基本屬性 1
1.1 基本概念和定義 1
1.1.1 多孔介質(zhì) 1
1.1.2 流體飽和度 3
1.1.3 浸潤(rùn)性 3
1.1.4 界面張力 4
1.1.5 毛細(xì)管壓力 4
1.2 多孔介質(zhì)的種類及特征 5
1.2.1 單重孔隙介質(zhì) 5
1.2.2 裂隙介質(zhì) 6
1.2.3 雙重介質(zhì) 6
1.2.4 多重介質(zhì) 7
1.2.5 多孔介質(zhì)的復(fù)雜性 7
1.3 多孔介質(zhì)中流體的物理特性 8
1.3.1 與壓力相關(guān)的氣體物理特性 8
1.3.2 與壓力相關(guān)的物理特性 8
1.3.3 與壓力相關(guān)的水的物理特性 9
1.3.4 飽和多相流體巖石的滲流特性 9
1.3.5 非牛頓流體的物理性質(zhì) 10
1.4 多孔介質(zhì)的應(yīng)用領(lǐng)域 11
1.4.1 地下水開(kāi)發(fā)與利用 11
1.4.2 油氣開(kāi)發(fā)領(lǐng)域 12
1.4.3 化工領(lǐng)域 13
1.4.4 醫(yī)學(xué)領(lǐng)域 14
1.4.5 生物體介質(zhì) 14
第2章 多孔介質(zhì)細(xì)觀尺度流動(dòng)的力學(xué)問(wèn)題 16
2.1 不同尺度下的基本概念及定義 16
2.1.1 微觀尺度 17
2.1.2 細(xì)觀(介觀)尺度 17
2.1.3 宏觀尺度 18
2.2 細(xì)觀尺度中流動(dòng)的微觀力類型及作用范圍 18
2.2.1 微圓管內(nèi)微觀力類型及作用范圍分析 18
2.2.2 微圓管界面與流體特性參數(shù)表征 25
第3章 考慮固-液界面作用下微可壓縮流體的微圓管穩(wěn)態(tài)流動(dòng)規(guī)律 31
3.1 微可壓縮流體在圓管內(nèi)的流動(dòng)規(guī)律 31
3.1.1 不可壓縮牛頓流體在圓管內(nèi)的流動(dòng)規(guī)律 31
3.1.2 微可壓縮牛頓流體的本構(gòu)方程 33
3.1.3 微可壓縮流體在圓管內(nèi)的流動(dòng)規(guī)律數(shù)學(xué)模型 34
3.1.4 正則攝動(dòng)法求解非線性方程組 35
3.2 考慮固-液界面靜電作用力下的微可壓縮流體穩(wěn)態(tài)流動(dòng)規(guī)律 36
3.2.1 物理模型和數(shù)學(xué)模型 36
3.2.2 正則攝動(dòng)法求解 41
3.2.3 結(jié)果與討論 45
3.3 考慮固-液分子間作用力的納微米圓管中流體的流動(dòng)規(guī)律 46
3.3.1 物理模型和數(shù)學(xué)模型 46
3.3.2 正則攝動(dòng)法求解 52
3.3.3 流動(dòng)規(guī)律及影響因素 61
第4章 圓管中微可壓縮流體的單相和兩相不穩(wěn)定流動(dòng)分析 69
4.1 無(wú)限長(zhǎng)圓管-單相微可壓縮流體不穩(wěn)定流動(dòng) 69
4.2 有限長(zhǎng)圓管-單相微可壓縮流體不穩(wěn)定流動(dòng) 72
4.3 無(wú)限長(zhǎng)圓管內(nèi)有動(dòng)界面的兩相微可壓縮流體不穩(wěn)定流動(dòng) 75
4.4 有限長(zhǎng)圓管內(nèi)有動(dòng)界面的兩相微可壓縮流體不穩(wěn)定流動(dòng) 80
4.4.1 不考慮固-液界面作用力的兩相流動(dòng) 80
4.4.2 考慮固-液界面作用的微可壓縮流體的水驅(qū)油兩相圓管流動(dòng) 83
第5章 毛細(xì)管束模型模擬多孔介質(zhì)宏觀流動(dòng)規(guī)律 89
5.1 毛細(xì)管束模型 89
5.2 進(jìn)出口端定壓時(shí)的毛細(xì)管束模型 93
5.2.1 數(shù)學(xué)模型 93
5.2.2 數(shù)學(xué)擬合分析 95
5.3 進(jìn)口端定流量出口端定壓力時(shí)的毛細(xì)管束模型 98
5.3.1 數(shù)學(xué)模型 98
5.3.2 考慮固-液界面作用力的影響 101
5.3.3 數(shù)學(xué)擬合分析 102
第6章 納微米流體流動(dòng)動(dòng)力學(xué)數(shù)學(xué)模型 105
6.1 納微米單相流體流動(dòng)動(dòng)力學(xué)數(shù)學(xué)模型 105
6.1.1 納微米管單相流動(dòng)數(shù)學(xué)模型 105
6.1.2 納微米管單相流體流動(dòng)特性模擬分析 110
6.2 納微米兩相流體流動(dòng)動(dòng)力學(xué)數(shù)學(xué)模型 117
6.2.1 納微米管兩相流體流動(dòng)數(shù)學(xué)模型 117
6.2.2 納微米管兩相流體流動(dòng)影響因素模擬分析 121
第7章 納微米尺度油水流動(dòng)動(dòng)力學(xué)機(jī)制 128
7.1 細(xì)觀尺度油水動(dòng)力學(xué)機(jī)制 128
7.1.1 微觀剩余油主控因素動(dòng)力學(xué)分析 128
7.1.2 油水分布狀態(tài)與動(dòng)力學(xué)分析 132
7.1.3 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)細(xì)觀尺度油水流動(dòng)規(guī)律 135
7.2 細(xì)觀尺度油水動(dòng)力學(xué)關(guān)系數(shù)學(xué)模型 136
7.2.1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)油水動(dòng)力學(xué)關(guān)系模型 136
7.2.2 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)細(xì)觀尺度油水流動(dòng)數(shù)值模擬方法 141
7.2.3 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)細(xì)觀尺度油水動(dòng)力學(xué)關(guān)系數(shù)值模擬 142
7.2.4 油水動(dòng)力學(xué)特性影響因素研究 142
7.3 反映細(xì)觀動(dòng)力學(xué)特性的宏觀滲流力學(xué)數(shù)學(xué)描述 149
7.3.1 細(xì)觀與宏觀尺度力學(xué)參數(shù)關(guān)系表征 149
7.3.2 宏觀滲流力學(xué)數(shù)學(xué)描述方法 150
第8章 考慮空間位形力的非勻相流體滲流規(guī)律 152
8.1 考慮空間位形力的微圓管流動(dòng)模型 152
8.1.1 不同形狀顆粒通過(guò)圓柱形孔道 152
8.1.2 速度和流量模型 158
8.1.3 微圓管流動(dòng)影響因素分析 160
8.2 考慮空間位形力作用微圓管兩相流數(shù)學(xué)模型及影響因素分析 168
8.2.1 考慮空間位形力作用微圓管兩相流體流動(dòng)數(shù)學(xué)模型研究 168
8.2.2 微圓管兩相流體流動(dòng)影響因素模擬分析 169
8.3 微圓管流動(dòng)規(guī)律特征實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證滲流模型 174
8.3.1 納微米聚合物顆粒的性質(zhì) 174
8.3.2 實(shí)驗(yàn)流速與壓力梯度的關(guān)系 176
第9章 考慮雙電層效應(yīng)的不可壓縮流體流動(dòng)規(guī)律 180
9.1 物理模型和數(shù)學(xué)模型 180
9.1.1 電勢(shì)場(chǎng)方程 181
9.1.2 電場(chǎng)方程 183
9.1.3 流動(dòng)控制方程 184
9.2 數(shù)值求解 185
9.2.1 計(jì)算方案 185
9.2.2 網(wǎng)格設(shè)計(jì)與邊界處理方法 186
9.2.3 人工壓縮算法求解 187
9.3 結(jié)果與討論 190
9.3.1 電勢(shì)分布 190
9.3.2 電荷密度和電場(chǎng)分布 191
9.3.3 考慮雙電層效應(yīng)的微圓管流體流動(dòng)特性 192
第10章 考慮微觀力作用的二維微觀網(wǎng)絡(luò)數(shù)值模擬 196
10.1 二維微觀網(wǎng)絡(luò)巖心網(wǎng)絡(luò)模型模擬計(jì)算方法 196
10.1.1 考慮微觀力作用的二維微觀網(wǎng)絡(luò)模型 196
10.1.2 水驅(qū)動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)模型的計(jì)算流程 204
10.2 油水分布規(guī)律模擬動(dòng)態(tài)顯示 205
10.3 二維尺度剩余油成因微觀力作用機(jī)理模擬研究 210
10.3.1 微觀孔隙結(jié)構(gòu)對(duì)剩余油分布影響分析 210
10.3.2 不同類型儲(chǔ)層剩余油微觀分布特征 228
10.3.3 不同類型儲(chǔ)層剩余油成因微觀力作用機(jī)制研究 236
第11章 考慮微觀力作用的三維微觀網(wǎng)絡(luò)巖心仿真模擬 240
11.1 巖心三維微觀網(wǎng)絡(luò)模型構(gòu)建 240
11.1.1 微CT掃描實(shí)驗(yàn)儀器及工作原理 241
11.1.2 微CT掃描構(gòu)建三維數(shù)字巖心的過(guò)程 241
11.1.3 孔隙網(wǎng)絡(luò)模型的提取 244
11.2 三維微觀網(wǎng)絡(luò)巖心水驅(qū)油網(wǎng)絡(luò)模型建立 245
11.2.1 孔隙空間的描述 245
11.2.2 引流過(guò)程及毛細(xì)管力 247
11.2.3 滲吸過(guò)程及毛細(xì)管力 250
11.3 三維微觀網(wǎng)絡(luò)巖心網(wǎng)絡(luò)模型模擬計(jì)算方法 254
11.3.1 飽和度的計(jì)算方法 254
11.3.2 滲透率的計(jì)算方法 255
11.3.3 傳導(dǎo)率的計(jì)算方法 256
11.4 三維尺度剩余油成因微觀力作用機(jī)理模擬研究 259
11.4.1 模擬參數(shù) 259
11.4.2 相對(duì)滲透率曲線 260
11.4.3 含水率曲線 261
11.4.4 采出程度曲線 262
第12章 微觀網(wǎng)絡(luò)仿真模擬與室內(nèi)模擬驗(yàn)證及分析 265
12.1 二維微觀網(wǎng)絡(luò)水驅(qū)模擬的實(shí)驗(yàn)?zāi)M驗(yàn)證 265
12.1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 265
12.1.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析 269
12.1.3 剩余油分布與數(shù)值仿真模擬比對(duì) 271
12.2 巖心水驅(qū)相對(duì)滲透率曲線規(guī)律影響分析 273
12.2.1 實(shí)驗(yàn)原理 273
12.2.2 實(shí)驗(yàn)方法 273
12.2.3 巖心選取 273
12.2.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析 274
12.3 三維網(wǎng)絡(luò)模型仿真模擬的巖心水驅(qū)實(shí)驗(yàn)?zāi)M驗(yàn)證 275
12.3.1 模擬參數(shù) 275
12.3.2 模擬結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比 277
12.4 室內(nèi)巖心水驅(qū)實(shí)驗(yàn)與三維網(wǎng)絡(luò)模型仿真模擬結(jié)果對(duì)比分析 278
第13章 多孔介質(zhì)細(xì)觀剩余油形成機(jī)制 282
13.1 微觀剩余油成因機(jī)理分析 282
13.1.1 介質(zhì)細(xì)觀力作用與剩余油特征關(guān)系 282
13.1.2 介質(zhì)細(xì)觀各種力的相互作用關(guān)系及對(duì)驅(qū)動(dòng)影響 291
13.2 不同類型微觀剩余油啟動(dòng)條件 297
13.2.1 調(diào)整驅(qū)動(dòng)壓力梯度 297
13.2.2 調(diào)整驅(qū)替方向 300
13.2.3 剩余油有效動(dòng)用方法 301
第14章 聚合物驅(qū)網(wǎng)絡(luò)模型及數(shù)值模擬 303
14.1 聚合物溶液黏度方程 303
14.2 聚合物溶液二維動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)模型及數(shù)值模擬 304
14.3 聚合物溶液三維網(wǎng)絡(luò)模型及數(shù)值模擬 306
參考文獻(xiàn) 309
前言
第1章 多孔介質(zhì)基本屬性 1
1.1 基本概念和定義 1
1.1.1 多孔介質(zhì) 1
1.1.2 流體飽和度 3
1.1.3 浸潤(rùn)性 3
1.1.4 界面張力 4
1.1.5 毛細(xì)管壓力 4
1.2 多孔介質(zhì)的種類及特征 5
1.2.1 單重孔隙介質(zhì) 5
1.2.2 裂隙介質(zhì) 6
1.2.3 雙重介質(zhì) 6
1.2.4 多重介質(zhì) 7
1.2.5 多孔介質(zhì)的復(fù)雜性 7
1.3 多孔介質(zhì)中流體的物理特性 8
1.3.1 與壓力相關(guān)的氣體物理特性 8
1.3.2 與壓力相關(guān)的物理特性 8
1.3.3 與壓力相關(guān)的水的物理特性 9
1.3.4 飽和多相流體巖石的滲流特性 9
1.3.5 非牛頓流體的物理性質(zhì) 10
1.4 多孔介質(zhì)的應(yīng)用領(lǐng)域 11
1.4.1 地下水開(kāi)發(fā)與利用 11
1.4.2 油氣開(kāi)發(fā)領(lǐng)域 12
1.4.3 化工領(lǐng)域 13
1.4.4 醫(yī)學(xué)領(lǐng)域 14
1.4.5 生物體介質(zhì) 14
第2章 多孔介質(zhì)細(xì)觀尺度流動(dòng)的力學(xué)問(wèn)題 16
2.1 不同尺度下的基本概念及定義 16
2.1.1 微觀尺度 17
2.1.2 細(xì)觀(介觀)尺度 17
2.1.3 宏觀尺度 18
2.2 細(xì)觀尺度中流動(dòng)的微觀力類型及作用范圍 18
2.2.1 微圓管內(nèi)微觀力類型及作用范圍分析 18
2.2.2 微圓管界面與流體特性參數(shù)表征 25
第3章 考慮固-液界面作用下微可壓縮流體的微圓管穩(wěn)態(tài)流動(dòng)規(guī)律 31
3.1 微可壓縮流體在圓管內(nèi)的流動(dòng)規(guī)律 31
3.1.1 不可壓縮牛頓流體在圓管內(nèi)的流動(dòng)規(guī)律 31
3.1.2 微可壓縮牛頓流體的本構(gòu)方程 33
3.1.3 微可壓縮流體在圓管內(nèi)的流動(dòng)規(guī)律數(shù)學(xué)模型 34
3.1.4 正則攝動(dòng)法求解非線性方程組 35
3.2 考慮固-液界面靜電作用力下的微可壓縮流體穩(wěn)態(tài)流動(dòng)規(guī)律 36
3.2.1 物理模型和數(shù)學(xué)模型 36
3.2.2 正則攝動(dòng)法求解 41
3.2.3 結(jié)果與討論 45
3.3 考慮固-液分子間作用力的納微米圓管中流體的流動(dòng)規(guī)律 46
3.3.1 物理模型和數(shù)學(xué)模型 46
3.3.2 正則攝動(dòng)法求解 52
3.3.3 流動(dòng)規(guī)律及影響因素 61
第4章 圓管中微可壓縮流體的單相和兩相不穩(wěn)定流動(dòng)分析 69
4.1 無(wú)限長(zhǎng)圓管-單相微可壓縮流體不穩(wěn)定流動(dòng) 69
4.2 有限長(zhǎng)圓管-單相微可壓縮流體不穩(wěn)定流動(dòng) 72
4.3 無(wú)限長(zhǎng)圓管內(nèi)有動(dòng)界面的兩相微可壓縮流體不穩(wěn)定流動(dòng) 75
4.4 有限長(zhǎng)圓管內(nèi)有動(dòng)界面的兩相微可壓縮流體不穩(wěn)定流動(dòng) 80
4.4.1 不考慮固-液界面作用力的兩相流動(dòng) 80
4.4.2 考慮固-液界面作用的微可壓縮流體的水驅(qū)油兩相圓管流動(dòng) 83
第5章 毛細(xì)管束模型模擬多孔介質(zhì)宏觀流動(dòng)規(guī)律 89
5.1 毛細(xì)管束模型 89
5.2 進(jìn)出口端定壓時(shí)的毛細(xì)管束模型 93
5.2.1 數(shù)學(xué)模型 93
5.2.2 數(shù)學(xué)擬合分析 95
5.3 進(jìn)口端定流量出口端定壓力時(shí)的毛細(xì)管束模型 98
5.3.1 數(shù)學(xué)模型 98
5.3.2 考慮固-液界面作用力的影響 101
5.3.3 數(shù)學(xué)擬合分析 102
第6章 納微米流體流動(dòng)動(dòng)力學(xué)數(shù)學(xué)模型 105
6.1 納微米單相流體流動(dòng)動(dòng)力學(xué)數(shù)學(xué)模型 105
6.1.1 納微米管單相流動(dòng)數(shù)學(xué)模型 105
6.1.2 納微米管單相流體流動(dòng)特性模擬分析 110
6.2 納微米兩相流體流動(dòng)動(dòng)力學(xué)數(shù)學(xué)模型 117
6.2.1 納微米管兩相流體流動(dòng)數(shù)學(xué)模型 117
6.2.2 納微米管兩相流體流動(dòng)影響因素模擬分析 121
第7章 納微米尺度油水流動(dòng)動(dòng)力學(xué)機(jī)制 128
7.1 細(xì)觀尺度油水動(dòng)力學(xué)機(jī)制 128
7.1.1 微觀剩余油主控因素動(dòng)力學(xué)分析 128
7.1.2 油水分布狀態(tài)與動(dòng)力學(xué)分析 132
7.1.3 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)細(xì)觀尺度油水流動(dòng)規(guī)律 135
7.2 細(xì)觀尺度油水動(dòng)力學(xué)關(guān)系數(shù)學(xué)模型 136
7.2.1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)油水動(dòng)力學(xué)關(guān)系模型 136
7.2.2 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)細(xì)觀尺度油水流動(dòng)數(shù)值模擬方法 141
7.2.3 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)細(xì)觀尺度油水動(dòng)力學(xué)關(guān)系數(shù)值模擬 142
7.2.4 油水動(dòng)力學(xué)特性影響因素研究 142
7.3 反映細(xì)觀動(dòng)力學(xué)特性的宏觀滲流力學(xué)數(shù)學(xué)描述 149
7.3.1 細(xì)觀與宏觀尺度力學(xué)參數(shù)關(guān)系表征 149
7.3.2 宏觀滲流力學(xué)數(shù)學(xué)描述方法 150
第8章 考慮空間位形力的非勻相流體滲流規(guī)律 152
8.1 考慮空間位形力的微圓管流動(dòng)模型 152
8.1.1 不同形狀顆粒通過(guò)圓柱形孔道 152
8.1.2 速度和流量模型 158
8.1.3 微圓管流動(dòng)影響因素分析 160
8.2 考慮空間位形力作用微圓管兩相流數(shù)學(xué)模型及影響因素分析 168
8.2.1 考慮空間位形力作用微圓管兩相流體流動(dòng)數(shù)學(xué)模型研究 168
8.2.2 微圓管兩相流體流動(dòng)影響因素模擬分析 169
8.3 微圓管流動(dòng)規(guī)律特征實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證滲流模型 174
8.3.1 納微米聚合物顆粒的性質(zhì) 174
8.3.2 實(shí)驗(yàn)流速與壓力梯度的關(guān)系 176
第9章 考慮雙電層效應(yīng)的不可壓縮流體流動(dòng)規(guī)律 180
9.1 物理模型和數(shù)學(xué)模型 180
9.1.1 電勢(shì)場(chǎng)方程 181
9.1.2 電場(chǎng)方程 183
9.1.3 流動(dòng)控制方程 184
9.2 數(shù)值求解 185
9.2.1 計(jì)算方案 185
9.2.2 網(wǎng)格設(shè)計(jì)與邊界處理方法 186
9.2.3 人工壓縮算法求解 187
9.3 結(jié)果與討論 190
9.3.1 電勢(shì)分布 190
9.3.2 電荷密度和電場(chǎng)分布 191
9.3.3 考慮雙電層效應(yīng)的微圓管流體流動(dòng)特性 192
第10章 考慮微觀力作用的二維微觀網(wǎng)絡(luò)數(shù)值模擬 196
10.1 二維微觀網(wǎng)絡(luò)巖心網(wǎng)絡(luò)模型模擬計(jì)算方法 196
10.1.1 考慮微觀力作用的二維微觀網(wǎng)絡(luò)模型 196
10.1.2 水驅(qū)動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)模型的計(jì)算流程 204
10.2 油水分布規(guī)律模擬動(dòng)態(tài)顯示 205
10.3 二維尺度剩余油成因微觀力作用機(jī)理模擬研究 210
10.3.1 微觀孔隙結(jié)構(gòu)對(duì)剩余油分布影響分析 210
10.3.2 不同類型儲(chǔ)層剩余油微觀分布特征 228
10.3.3 不同類型儲(chǔ)層剩余油成因微觀力作用機(jī)制研究 236
第11章 考慮微觀力作用的三維微觀網(wǎng)絡(luò)巖心仿真模擬 240
11.1 巖心三維微觀網(wǎng)絡(luò)模型構(gòu)建 240
11.1.1 微CT掃描實(shí)驗(yàn)儀器及工作原理 241
11.1.2 微CT掃描構(gòu)建三維數(shù)字巖心的過(guò)程 241
11.1.3 孔隙網(wǎng)絡(luò)模型的提取 244
11.2 三維微觀網(wǎng)絡(luò)巖心水驅(qū)油網(wǎng)絡(luò)模型建立 245
11.2.1 孔隙空間的描述 245
11.2.2 引流過(guò)程及毛細(xì)管力 247
11.2.3 滲吸過(guò)程及毛細(xì)管力 250
11.3 三維微觀網(wǎng)絡(luò)巖心網(wǎng)絡(luò)模型模擬計(jì)算方法 254
11.3.1 飽和度的計(jì)算方法 254
11.3.2 滲透率的計(jì)算方法 255
11.3.3 傳導(dǎo)率的計(jì)算方法 256
11.4 三維尺度剩余油成因微觀力作用機(jī)理模擬研究 259
11.4.1 模擬參數(shù) 259
11.4.2 相對(duì)滲透率曲線 260
11.4.3 含水率曲線 261
11.4.4 采出程度曲線 262
第12章 微觀網(wǎng)絡(luò)仿真模擬與室內(nèi)模擬驗(yàn)證及分析 265
12.1 二維微觀網(wǎng)絡(luò)水驅(qū)模擬的實(shí)驗(yàn)?zāi)M驗(yàn)證 265
12.1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 265
12.1.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析 269
12.1.3 剩余油分布與數(shù)值仿真模擬比對(duì) 271
12.2 巖心水驅(qū)相對(duì)滲透率曲線規(guī)律影響分析 273
12.2.1 實(shí)驗(yàn)原理 273
12.2.2 實(shí)驗(yàn)方法 273
12.2.3 巖心選取 273
12.2.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析 274
12.3 三維網(wǎng)絡(luò)模型仿真模擬的巖心水驅(qū)實(shí)驗(yàn)?zāi)M驗(yàn)證 275
12.3.1 模擬參數(shù) 275
12.3.2 模擬結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比 277
12.4 室內(nèi)巖心水驅(qū)實(shí)驗(yàn)與三維網(wǎng)絡(luò)模型仿真模擬結(jié)果對(duì)比分析 278
第13章 多孔介質(zhì)細(xì)觀剩余油形成機(jī)制 282
13.1 微觀剩余油成因機(jī)理分析 282
13.1.1 介質(zhì)細(xì)觀力作用與剩余油特征關(guān)系 282
13.1.2 介質(zhì)細(xì)觀各種力的相互作用關(guān)系及對(duì)驅(qū)動(dòng)影響 291
13.2 不同類型微觀剩余油啟動(dòng)條件 297
13.2.1 調(diào)整驅(qū)動(dòng)壓力梯度 297
13.2.2 調(diào)整驅(qū)替方向 300
13.2.3 剩余油有效動(dòng)用方法 301
第14章 聚合物驅(qū)網(wǎng)絡(luò)模型及數(shù)值模擬 303
14.1 聚合物溶液黏度方程 303
14.2 聚合物溶液二維動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)模型及數(shù)值模擬 304
14.3 聚合物溶液三維網(wǎng)絡(luò)模型及數(shù)值模擬 306
參考文獻(xiàn) 309
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多孔介質(zhì)細(xì)觀流動(dòng)理論及模擬方法 節(jié)選
第1章 多孔介質(zhì)基本屬性 1.1 基本概念和定義 多孔介質(zhì)是指由固體骨架和相互連通的孔隙、裂縫或各種類型的毛細(xì)管所組成的材料。多孔介質(zhì)廣泛存在于自然界、工程材料和生物體內(nèi)，常見(jiàn)的多孔介質(zhì)有土壤、孔隙或裂隙巖石、陶瓷、纖維聚合物、過(guò)濾紙、砂過(guò)濾器、金屬泡沫及動(dòng)物的臟器等。這些物體都具有若干可以把它們歸結(jié)為多孔介質(zhì)的共同特征：①孔隙中含有單相或多相物質(zhì)(液相或氣相物質(zhì)等)；②多孔介質(zhì)的每一單位體積內(nèi)均有作為骨架的固體相物質(zhì)，且具有較高的比表面積，多孔介質(zhì)中的孔隙較；③構(gòu)成孔隙空間的某些孔洞應(yīng)當(dāng)是互相連通的，液體能在連通的孔隙中流動(dòng)。流體通過(guò)多孔介質(zhì)的流動(dòng)稱為滲流[1，2]。 1.1.1 多孔介質(zhì) 1. 孔隙度 孔隙度是指巖石中孔隙體積(或巖石中未被固體物質(zhì)填充的空間體積)與巖石總體積的比值[2]，其表達(dá)式為 (1-1) 式中，為孔隙度，%；為儲(chǔ)集層巖石的總體積，cm3；為孔隙體積，cm3。 2. 滲透率 滲透率是由達(dá)西定律定義的，它是多孔介質(zhì)的一個(gè)重要特性參數(shù)，表述了在一定流動(dòng)驅(qū)動(dòng)力推動(dòng)下，流體通過(guò)多孔材料的難易程度[2]。它表達(dá)了多孔介質(zhì)對(duì)流體的傳輸性能。滲透率值可由達(dá)西滲流定律來(lái)確定。 達(dá)西滲流定律[1]是法國(guó)水文工程師達(dá)西在1856年為解決城市供水問(wèn)題而進(jìn)行的未膠結(jié)砂水流滲濾試驗(yàn)時(shí)所得出的，可以用式(1-2)來(lái)表達(dá)： (1-2) 則滲透率的公式為 (1-3) 式(1-2)和式(1-3)中，為流動(dòng)方向上的壓差，Pa；L為巖心長(zhǎng)度，cm；為流體的黏度；為流體在孔隙中的流速。物理系統(tǒng)的滲透率計(jì)量單位為cm2，而工程上常用D(達(dá)西)和mD(毫達(dá)西)表示，1D=1000mD=1.02×10–8cm2。 滲透率可分如下三類。 (1)絕對(duì)滲透率。通常是以空氣通過(guò)多孔介質(zhì)測(cè)定的滲透率值，由實(shí)驗(yàn)確定。顯然，孔隙大小及其分布對(duì)其具有決定性影響，因此又稱為固有滲透率。 (2)相(有效)滲透率。相滲透率是指多相流體共存和流動(dòng)時(shí)，其中某一相流體在多孔介質(zhì)中通過(guò)能力的大小，稱為該相流體的相滲透率或有效滲透率。例如，當(dāng)研究含濕非飽和多孔介質(zhì)時(shí)，流體為氣液兩相，則分別對(duì)應(yīng)兩個(gè)相滲透率，即氣相滲透率和液相滲透率。 (3)相對(duì)滲透率。在實(shí)際應(yīng)用中，為了應(yīng)用方便(將滲透率無(wú)因次化)，也為了便于對(duì)比出各相流動(dòng)阻力的比例大小，引入了相對(duì)滲透率的概念，即相滲透率與絕對(duì)滲透率的比值。 3. 比表面積 比表面積[2]定義為固體骨架總表面積與多孔介質(zhì)總?cè)莘e之比，即 (1-4) 式中，為多孔體的比表面積，m2/m3或1/m；為多孔體面積或多孔體孔隙的總表面積，m2；為多孔體外表體積，m3。 多孔材料的比表面積定義也可以理解為多孔材料每單位總體積中的孔隙的隙間表面積。細(xì)顆粒物質(zhì)的比表面顯然要比粗粒物質(zhì)的比表面積大得多，如砂巖(粒徑為1～0.25mm)的比表面積小于950cm2/cm3；細(xì)砂巖(粒徑為0.25～0.1mm)比表面積為950～2300cm2/cm3；泥砂巖(粒徑為0.1～0.01mm)的比表面積大于2300cm2/cm3。很明顯，細(xì)顆粒構(gòu)成的材料將較粗顆粒材料將顯示出更大的比表面積，即多孔體比表面積越大，其骨架的分散程度越大，顆粒越細(xì)。 4. 迂曲度 一般說(shuō)來(lái)，多孔介質(zhì)空隙連通通道是彎曲的。顯然，其彎曲程度將對(duì)多孔介質(zhì)中的傳遞過(guò)程產(chǎn)生影響。對(duì)多孔介質(zhì)的這一結(jié)構(gòu)性用迂曲度[1]表示為 (1-5) 式中，分別為彎曲通道真實(shí)長(zhǎng)度與連接彎曲通道兩端的直線長(zhǎng)度。按此定義，必小于1，但也有文獻(xiàn)將其定義為 (1-6) 顯然，此時(shí)必大于1。 1.1.2 流體飽和度 多孔材料中的孔隙，可以部分為液體占有，另一部分則為空氣或其他蒸汽占有，或者由兩種以上互不相溶液體共同占有。這樣一來(lái)，每種流體所占據(jù)孔隙容積的多少，就成為多孔材料的一個(gè)重要特性參數(shù)。 在多孔材料中某特定流體所占孔隙容積的百分比，稱之為流體飽和度[2]，即 (1-7) 式中，為流體所占據(jù)的多孔材料孔隙容積；為多孔材料孔隙總?cè)莘e。 當(dāng)多種流體共同占有多孔材料的孔隙時(shí)，有 (1-8) 式中，為整體孔隙半徑，m；和分別為流體1和流體2所占孔隙半徑，m。 1.1.3 浸潤(rùn)性 在固體和兩種流體(兩種非互溶液體或液體與氣體)的三相接觸面上出現(xiàn)的流體浸潤(rùn)固體表面的一種物理性質(zhì)。浸潤(rùn)現(xiàn)象是三相的表面分子層能量平衡的結(jié)果。表面層的能量通常用極性表示，浸潤(rùn)性也可用固體液體之間的極性差來(lái)表示。極性差越小，就越易浸潤(rùn)。例如，金屬表面的極性較小，水的極性比油脂的極性大，金屬表面往往容易被油濕而不易被水濕，因此可稱金屬具有親油性或憎水性；玻璃和石英的表面極性較大，容易被水浸潤(rùn)而不易被油脂浸潤(rùn)，因此可稱玻璃和石英具有親水性或憎油性。 在一定條件下，浸潤(rùn)性與溫度、壓力等因素有關(guān)。流體的性質(zhì)等因素也可能影響固體表面的浸潤(rùn)性。例如，含有表面活性物質(zhì)的流體與固體表面接觸后，可能改變后者的浸潤(rùn)性。有些固體表面的浸潤(rùn)性呈現(xiàn)復(fù)雜的狀態(tài)，例如，由于曾經(jīng)與不同的液體接觸，在同一塊儲(chǔ)油巖石上可能出現(xiàn)親油表面和親水表面同時(shí)存在的現(xiàn)象。 浸潤(rùn)性對(duì)多孔介質(zhì)中流體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律及有關(guān)的生產(chǎn)過(guò)程有重要影響。例如，儲(chǔ)油巖石的浸潤(rùn)性不同，則滲流力學(xué)計(jì)算方法、油田開(kāi)發(fā)原則和生產(chǎn)控制措施都不同。 1.1.4 界面張力 在油氣層中，除各流體間如油-水、氣-水、油-氣的界面之外，還存在著流體與巖石各個(gè)界面上的界面張力，但因?yàn)楣腆w表面張力很難測(cè)定，這里只討論油層中流體的界面張力。油層中流體的界面張力直接影響到油層中流體在巖石表面上的分布、孔隙中毛細(xì)管力的大小和方向，因而也直接影響著流體的滲流，有關(guān)界面張力的研究對(duì)油氣的開(kāi)采、提高原油采收率都有極其重要的意義。 由于油層中流體組成的復(fù)雜性及流體所處的溫度、壓力條件不同，油層中流體界面張力的變化要比純液體復(fù)雜得多，不同油氣層的界面張力差別很大。 1. 油-氣界面張力 先討論石油-天然氣界面上的表面張力的變化情況。油藏中的原油通常都含有一定數(shù)量的溶解氣，此時(shí)油中溶解氣量的大小對(duì)界面張力起著十分重要的作用。由于空氣中80%的氣體是氮?dú)猓獨(dú)庠谟椭械娜芙舛葮O低，因此，盡管壓力增加到很高的數(shù)值，其表面張力減小仍然不大。對(duì)天然氣而言，情況就不同。天然氣中*多的是甲烷，盡管甲烷的飽和蒸汽壓比其他的烷烴大，但比氮?dú)鈪s要小得多，比氮?dú)飧兹苡谟椭。其次天然氣中并非只含甲烷，還含有乙烷、丙烷、丁烷等，這些烷烴的飽和蒸汽壓比甲烷還要小得多，它們就更容易溶解于油中。這樣不難看出，由于天然氣比氮?dú)庖兹苡谟椭，所以隨著壓力的增加，石油-天然氣的表面張力降低較多。 2. 油-水界面張力 關(guān)于原油-地層水間的界面張力，目前多是在取得地下油、水樣后，在地面模擬地下溫度等條件下測(cè)定，但至今對(duì)準(zhǔn)確測(cè)定在油層條件下的油-水界面張力的方法還需進(jìn)一步完善。 1.1.5 毛細(xì)管壓力 當(dāng)兩種互不相溶的流體相互接觸時(shí)，它們各自的內(nèi)部壓力在接觸面上存在著不連續(xù)性，兩壓力之差稱作毛細(xì)管壓力[2]，其大小取決于分界面的曲率，即 (1-9) 式中，為互不相溶流體1、2之間的表面張力(又稱表面張力系數(shù))，它是形成交界面所需的比自由能；、為界面的兩個(gè)主曲率半徑。式(1-10)即為著名的拉普拉斯方程。對(duì)于一個(gè)由固體表面所構(gòu)成的毛細(xì)管(或更一般地說(shuō)，是一個(gè)圍起來(lái)的固體表面)，其內(nèi)部若有兩種相互接觸但互不相溶的流體1與流體2，其接觸界面切線與指向液體(流體2)的固體表面切線的夾角稱為接觸角，由式(1-10)確定： (1-10) 式中，、分別為流體1、流體2與固體界面上的表面張力。若則定義流體對(duì)固體潤(rùn)濕；若則流體對(duì)固體不潤(rùn)濕。 在流體互相驅(qū)替過(guò)程中，毛細(xì)管壓力可以是驅(qū)動(dòng)力，也可以是流動(dòng)的阻力。浸潤(rùn)相在毛細(xì)管壓力作用下，可以自發(fā)地驅(qū)替非浸潤(rùn)相，即滲吸作用。毛細(xì)管壓力的存在影響多孔介質(zhì)內(nèi)的流體運(yùn)動(dòng)規(guī)律，因此，是多孔介質(zhì)傳熱傳質(zhì)問(wèn)題所必須考慮的，尤其是在含濕非飽和多孔介質(zhì)中。毛細(xì)管壓力與流體飽和度有緊密聯(lián)系為 (1-11) 式中，分別為非潤(rùn)濕和潤(rùn)濕流體側(cè)壓力；為潤(rùn)濕流體飽和度。式(1-11)表明，毛細(xì)管壓力是潤(rùn)濕流體飽和度的函數(shù)。 1.2 多孔介質(zhì)的種類及特征 多孔介質(zhì)是油氣儲(chǔ)集的場(chǎng)所和油氣運(yùn)移的通道。它有著極其復(fù)雜的內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)和不規(guī)則的外部幾何形狀，它是滲流的前提條件，所以有必要對(duì)其進(jìn)行了解。多孔介質(zhì)有多種形式，若按其內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為三種介質(zhì)，即單重孔隙介質(zhì)、裂隙介質(zhì)、雙重介質(zhì)和多重介質(zhì)[2]。 1.2.1 單重孔隙介質(zhì) 以固體顆粒為骨架，在顆粒之間形成連通的孔隙，即粒間孔隙。如砂巖、黏土都可以稱為孔隙介質(zhì)，其孔隙結(jié)構(gòu)類型分類如下。 (1)粒間孔隙結(jié)構(gòu)。這是碎屑巖的基本孔隙結(jié)構(gòu)，但部分碳酸鹽巖也具有這種孔隙內(nèi)結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)是由大小和形狀不同的顆粒組成，顆粒之間間隙又被膠結(jié)物填充。由于膠結(jié)不完全，在顆粒之間形成了粒間孔隙。這些粒間孔隙既是儲(chǔ)油空間，又是油氣滲流的通道。 對(duì)于單重孔隙介質(zhì)粒間孔隙結(jié)構(gòu)的儲(chǔ)層巖石，早期是把它作為等直徑的球體來(lái)研究，后來(lái)則把巖石的孔隙空間視為一束等直徑的微細(xì)毛細(xì)管或變截面和彎曲的毛細(xì)管模型，近來(lái)又引入網(wǎng)絡(luò)模型的概念去研究。 (2)純裂縫結(jié)構(gòu)。致密的碳酸鹽巖基本上是不滲透的。在這種巖石中，如果產(chǎn)生微裂縫稱為“純裂縫結(jié)構(gòu)”，這時(shí)儲(chǔ)油氣空間和油氣滲流通道都是裂縫。裂縫的發(fā)育和延伸往往是不規(guī)則的，因此很難定量描述裂縫的形態(tài)。有時(shí)簡(jiǎn)化為一種理想的，垂直方格的裂縫網(wǎng)格，即裂縫將巖層分隔成許多方塊。 1.2.2 裂隙介質(zhì) 在地下水動(dòng)力學(xué)中，把具有空隙的巖體稱為多孔介質(zhì)。根據(jù)巖體中空隙的類型，多孔介質(zhì)可分為孔隙介質(zhì)、裂隙介質(zhì)和溶穴介質(zhì)。含孔隙水的巖層，如砂巖或疏松砂巖等稱為孔隙介質(zhì)。含裂隙水的巖體，如裂隙發(fā)育的石英巖、花崗巖等稱為裂隙介質(zhì)。含溶穴水的巖體，如發(fā)育溶穴的石灰?guī)r、白云巖等稱為溶穴介質(zhì)。廣義上，溶穴介質(zhì)也歸屬于裂隙介質(zhì)。與孔隙介質(zhì)相比，由于裂隙(溶穴)發(fā)育、分布的方向性和不均勻性，裂隙介質(zhì)的滲透具有明顯的各向異性和不均一性特點(diǎn)。 在裂隙介質(zhì)中，一般固、液、氣三相都可能存在。固相稱為骨架；氣相多為空氣，主要存在于非飽和帶中；液相或是地下水或是水與其他物質(zhì)的混合物或是其他流體(如石油等)，地下水可能以吸附水、薄膜水、毛細(xì)管水和重力水等多種形式存在。 1.2.3 雙重介質(zhì) 雙重介質(zhì)是指具有裂縫和孔隙雙重儲(chǔ)油(氣)和流油(氣)的介質(zhì)。一般情況下，裂縫所占的儲(chǔ)集空間遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于基巖的儲(chǔ)集空間，因此裂縫的孔隙度就小于基巖的孔隙度，而裂縫的流油能力卻大大高于基巖的流油能力，因此裂縫滲透率就大于基巖滲透率。其孔隙結(jié)構(gòu)類型分類如下。 (1)裂縫-孔隙結(jié)構(gòu)。該類型主要發(fā)育于石灰?guī)r與白云巖中。這種孔隙結(jié)構(gòu)是粒間孔隙介質(zhì)又被裂縫分隔成多個(gè)塊狀單元，塊狀單元中的粒間孔隙是主要的儲(chǔ)油氣空間，而塊狀單元之間的裂縫是油氣滲流的主要通道。也就是說(shuō)在這種結(jié)構(gòu)中，粒間孔隙有較大的孔隙度，但滲透率很小；相反，裂縫有很小的孔隙度，但具有較高的滲透率。由于兩種并存的孔隙體系物理參數(shù)(孔隙度和滲透率)相差懸殊，所以形成了兩個(gè)水力系統(tǒng)。因此，裂縫-孔隙結(jié)構(gòu)的基本特點(diǎn)：雙重孔隙度、
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