毛管压力曲线的孔隙结构控制机制:微流体实验与缩放模型

1

作者 张书婧 胡冉 +3 位作者 王冠雄 兰天 杨志兵 陈益峰 《力学学报》 北大核心 2025年第8期1996-2009,共14页

孔隙介质多相渗流运动是地下水与环境领域的核心问题,其关键本构关系——毛管压力曲线受孔隙结构及润湿性等多重因素耦合控制.传统模型(如van Genuchten模型)虽应用广泛,但其参数与岩土介质特性的关联机制尚不明确,现有基于Young-Laplac... 孔隙介质多相渗流运动是地下水与环境领域的核心问题,其关键本构关系——毛管压力曲线受孔隙结构及润湿性等多重因素耦合控制.传统模型(如van Genuchten模型)虽应用广泛,但其参数与岩土介质特性的关联机制尚不明确,现有基于Young-Laplace方程的尺度缩放方法在处理中等润湿条件(接触角接近90°)时存在理论缺陷和预测精度不足的问题.文章通过自主研发的微流体可视化实验平台开展气-油两相渗流实验测定毛管压力曲线,结合5种孔隙率(0.1~0.5)和5种粒径变异度组合的500组孔隙网络数值模拟系统研究孔隙结构参数对毛管压力曲线的影响机制,结果表明孔隙率增大使毛细压力降低且残余饱和度减小,低孔隙率条件下粒径变异度对残余饱和度影响显著;通过统计分析建立了van Genuchten模型参数与孔隙率及粒径变异度的定量回归方程,提出基于孔隙尺度上毛细压力阈值的缩放模型,克服了传统Leverett J-function在中等润湿条件下的局限性.研究成果通过实验和模拟的联合验证,构建了考虑孔隙结构参数的毛管压力曲线预测方法,为多相渗流本构建模及地下工程渗流分析提供了理论支撑,对二氧化碳地质封存、地下水污染修复等重大工程应用具有重要的科学价值和实践指导意义. 展开更多

关键词 孔隙结构 毛管压力曲线 微流体实验 孔隙网络数值模拟 缩放模型

在线阅读 下载PDF 职称材料

储集层微观参数对油水相对渗透率影响的微观模拟研究 被引量：19

2

作者 高慧梅 姜汉桥 +1 位作者 陈民锋 何应付 《石油勘探与开发》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2006年第6期734-737,共4页

为描述储集层微观参数对油水相对渗透率的影响,建立油水两相流的三维准静态孔隙网络模型,运用逾渗理论描述微观渗流机制,模拟初次油驱和二次水驱过程,并对相对渗透率进行了预测,计算结果与实验结果变化趋势基本一致,验证了孔隙网络模型... 为描述储集层微观参数对油水相对渗透率的影响,建立油水两相流的三维准静态孔隙网络模型,运用逾渗理论描述微观渗流机制,模拟初次油驱和二次水驱过程,并对相对渗透率进行了预测,计算结果与实验结果变化趋势基本一致,验证了孔隙网络模型模拟的有效性。利用孔隙网络模型研究水湿情况下孔喉比、配位数、形状因子对相对渗透率的影响。结果表明:孔喉比增大,残余油饱和度增大,水相达到同样的渗流能力所对应的含水饱和度相对增加;配位数增大,两相共流区变大,残余油饱和度减小,配位数对非润湿相油的相对渗透率影响较大;形状因子增加,残余油饱和度减小,两相共流区变大。 展开更多

关键词 孔隙网络模型 相对渗透率 微观模拟 水湿

在线阅读 下载PDF 职称材料

应用恒速压汞实验数据计算相对渗透率曲线 被引量：37

3

作者 王金勋 杨普华 +1 位作者 刘庆杰 郭和坤 《石油大学学报（自然科学版）》 EI CSCD 北大核心 2003年第4期66-69,共4页

截取一段实际储层岩样 ,利用恒速压汞实验技术测定其孔喉频数分布 ,并拟合成连续分布函数 ,该函数符合伽马函数分布。对剩余岩样进行了油、水相对渗透率的测定。以所拟合的孔喉频数分布为主要输入参数 ,利用孔隙网络模型计算了油、水相... 截取一段实际储层岩样 ,利用恒速压汞实验技术测定其孔喉频数分布 ,并拟合成连续分布函数 ,该函数符合伽马函数分布。对剩余岩样进行了油、水相对渗透率的测定。以所拟合的孔喉频数分布为主要输入参数 ,利用孔隙网络模型计算了油、水相对渗透率。计算结果与利用JBN法处理的实测结果对比表明 ,恒速压汞实验是确定岩石微观孔喉分布的一种非常有效的实验手段 ,可直接为孔隙网络模型提供主要的输入参数 ,能够得到反映微观孔隙结构特征的较合理的相对渗透率曲线 ,这对于用JBN法不满足或者处理结果不理想的实验具有重要的意义。 展开更多

关键词 恒速压汞 实验数据 计算 相对渗透率曲线 喉道数分布 孔隙网络模型 油气层

在线阅读 下载PDF 职称材料

利用孔隙级网络模型研究油水两相流 被引量：15

4

作者 陶军 姚军 +1 位作者 李爱芬 赵秀才 《油气地质与采收率》 CAS CSCD 北大核心 2007年第2期74-77,共4页

从岩心薄片分析着手,利用模拟退火算法重建数字岩心;从所建数字岩心中提取对等的由形状简单的孔隙和孔喉组成的孔隙级网络模型。利用表面自由能平衡得到每个网络模型组成单元的毛细管入口压力,从而确定孔隙中流体的流动过程,即所有单元... 从岩心薄片分析着手,利用模拟退火算法重建数字岩心;从所建数字岩心中提取对等的由形状简单的孔隙和孔喉组成的孔隙级网络模型。利用表面自由能平衡得到每个网络模型组成单元的毛细管入口压力,从而确定孔隙中流体的流动过程,即所有单元按毛细管入口压力从小到大的顺序进行驱替,入口压力越小的孔隙越先被驱替。由单相和多相时流量的不同可以求出油水两相的相对渗透率,而计算结果与实验结果的一致性则证明了模型是可以用来代表真实岩样的,可以作为一个平台更深入地研究流体在多孔介质中的流动。 展开更多

关键词 孔隙级网络模型 模拟退火算法 数字岩心 渗流机理 传导率

在线阅读 下载PDF 职称材料

冷冻干燥过程相迁移和相分布的孔尺度网络模型与模拟 被引量：5

5

作者 刘永忠 赵雁飞 +1 位作者 陈三强 孙皓 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第2期286-293,共8页

构建了51×51二维孔-喉网络模型对冷冻干燥过程的升华干燥阶段进行模拟。与传统的连续介质模型相比,孔网络模型的特征是具有跟踪干燥过程中物料内部的干燥前沿和相分布的能力。采用网络模型预测了牛肉和火鸡肉的干燥曲线,并模拟了... 构建了51×51二维孔-喉网络模型对冷冻干燥过程的升华干燥阶段进行模拟。与传统的连续介质模型相比,孔网络模型的特征是具有跟踪干燥过程中物料内部的干燥前沿和相分布的能力。采用网络模型预测了牛肉和火鸡肉的干燥曲线,并模拟了不同冻结速率的火鸡肉在干燥过程中形成的相分布。讨论了模型的计算特性,并分析了孔径分布对相分布特性的影响。结果表明网络模型可较好地预测升华干燥阶段,可在孔尺度上揭示干燥过程的动力学机理,将为准确地判断升华干燥与解析干燥的转变点提供理论计算基础。 展开更多

关键词 冷冻干燥 网络模型 模拟 孔径分布 相分布

在线阅读 下载PDF 职称材料

孔隙网络模型法计算水相滞留对气体渗流的影响 被引量：8

6

作者 王金勋 吴晓东 潘新伟 《石油勘探与开发》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2003年第5期113-115,共3页

孔隙结构是影响气藏储集层孔喉中水相滞留的一个重要因素。考虑滞留的水相在孔隙中的微观分布,利用Bethe网络模型模拟,研究水相滞留对不同孔隙结构体系的气体渗流能力的影响规律,主要包括孔喉大小和分布均匀程度等影响因素。初步模拟计... 孔隙结构是影响气藏储集层孔喉中水相滞留的一个重要因素。考虑滞留的水相在孔隙中的微观分布,利用Bethe网络模型模拟,研究水相滞留对不同孔隙结构体系的气体渗流能力的影响规律,主要包括孔喉大小和分布均匀程度等影响因素。初步模拟计算表明,应用孔隙网络模型研究水相滞留对气体渗流的影响规律是可行的,能将水相微观滞留堵塞机理与宏观损害程度相联系。 展开更多

关键词 孔隙网络模型 水相滞留 气体渗流 计算

在线阅读 下载PDF 职称材料

毛细管压力、饱和度和相界面积间的关系 被引量：5

7

作者 陶军 姚军 +1 位作者 李爱芬 赵秀才 《中国石油大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第2期90-92,107,共4页

多相流体在多孔介质中流动时,传质扩散、非水相溶解等现象都与相间界面有关,利用孔隙级网络模型定量表征每一个孔隙孔喉中流体分布,结合几何知识,计算得到了多相流体在孔隙级网络模型中流动时的毛细管压力、饱和度和相间界面积,并作出... 多相流体在多孔介质中流动时,传质扩散、非水相溶解等现象都与相间界面有关,利用孔隙级网络模型定量表征每一个孔隙孔喉中流体分布,结合几何知识,计算得到了多相流体在孔隙级网络模型中流动时的毛细管压力、饱和度和相间界面积,并作出了它们之间的关系曲线。计算结果表明,毛细管压力、饱和度和界面积之间存在着比较明显的相互制约关系。这一关系为研究与界面有关的非水相溶解、界面间的传质等现象奠定了基础。 展开更多

关键词 孔隙级网络模型 多相流 毛细管压力 相界面积 饱和度

在线阅读 下载PDF 职称材料

任意三角形毛细管中水力传导率与形状因子关系研究 被引量：3

8

作者 陶军 姚军 +1 位作者 李爱芬 赵秀才 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第8期1729-1732,共4页

孔隙级网络模型可以用简单几何体来代表真实的孔隙孔喉,以分析流体在这些简单几何体中的流动,具有重要的意义。利用有限元法对任意三角形截面管中的单相和油水两相流动的速度场进行了求解,后由速度场进一步计算出了水力传导率。研究了... 孔隙级网络模型可以用简单几何体来代表真实的孔隙孔喉,以分析流体在这些简单几何体中的流动,具有重要的意义。利用有限元法对任意三角形截面管中的单相和油水两相流动的速度场进行了求解,后由速度场进一步计算出了水力传导率。研究了水力传导率与形状因子之间的关系,结果表明,单相流水力传导率与形状因子近似呈直线关系,而油水两相流时,水力传导率除与形状因子有关外,还随着角落半角和油水接触角的变化而变化。 展开更多

关键词 水力传导率 形状因子 孔隙级网络模型 有限元法 三角形毛细管

在线阅读 下载PDF 职称材料

孔隙网络模型在土壤水文学中的应用研究进展 被引量：8

9

作者 吕菲 刘建立 《水科学进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第6期915-922,共8页

非饱和土壤的水力性质是采用模型定量模拟水分和溶质在非饱和带中运动的最重要的物理参数,可以用网络模型来预测。孔隙网络模型的主要优点在于可以对发生在土壤孔隙尺度上的物理、化学过程进行直观的表达和模拟。目前,国内外研究者已在... 非饱和土壤的水力性质是采用模型定量模拟水分和溶质在非饱和带中运动的最重要的物理参数,可以用网络模型来预测。孔隙网络模型的主要优点在于可以对发生在土壤孔隙尺度上的物理、化学过程进行直观的表达和模拟。目前,国内外研究者已在样品图像获取、图像分析、模型建立以及求解等方面取得了一定的进展。在对其进行综合评述的基础上,指出了已有网络模型在建立过程中存在的不足之处,并进一步明确了今后的研究方向。 展开更多

关键词 孔隙尺度 网络模型 土壤水力性质 土壤水文学

在线阅读 下载PDF 职称材料

仓内谷物通风干燥过程的孔道网络模型 被引量：6

10

作者 袁越锦 徐英英 刘相东 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第8期115-118,共4页

以仓内玉米堆为研究对象,运用孔道网络方法和传递过程原理等知识,建立了考虑颗粒自身热质传递、孔隙气相对流、温度梯度和孔道结构特征等因素的仓内谷物通风干燥孔道网络模型。该模型具有易拓展,干燥变量信息全面,可直接输入物料结构特... 以仓内玉米堆为研究对象,运用孔道网络方法和传递过程原理等知识,建立了考虑颗粒自身热质传递、孔隙气相对流、温度梯度和孔道结构特征等因素的仓内谷物通风干燥孔道网络模型。该模型具有易拓展,干燥变量信息全面,可直接输入物料结构特征参数来模拟预测干燥特性等优点。 展开更多

关键词 谷物 干燥 孔道网络模型 双尺度

在线阅读 下载PDF 职称材料

网络模型在非线性渗流模拟中的应用 被引量：1

11

作者 于春生 杨晓培 +1 位作者 苏娜 张连锋 《重庆科技学院学报（自然科学版）》 CAS 2012年第6期88-92,共5页

从微观孔隙结构出发,将微观孔隙网络模型和宏观数值模拟模型有机结合,求取低速非线性渗流启动压力梯度。在多层长岩心水驱油实验基础上,对实验结果分别进行考虑启动压力梯度和不考虑启动压力梯度的拟合,结果显示考虑启动压力梯度的拟合... 从微观孔隙结构出发,将微观孔隙网络模型和宏观数值模拟模型有机结合,求取低速非线性渗流启动压力梯度。在多层长岩心水驱油实验基础上,对实验结果分别进行考虑启动压力梯度和不考虑启动压力梯度的拟合,结果显示考虑启动压力梯度的拟合结果更好。选择考虑启动压力梯度的数值模型给出的网格压力、饱和度数据进行水驱油渗流场变化研究。研究结果表明:高中低渗层的压力、含油饱和度分布随注入速度的提高分别有所提高和降低,且高渗层变化均不明显;不同工作制度下低渗层压力变化很大,提高驱替速度时低渗层的压力会在高渗层开时下降,而关闭高渗层会大幅增加低渗层的压力。 展开更多

关键词 纵向非均质 孔隙网络模型 启动压力 数值模拟 微观渗流

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于micro-CT扫描的孔裂隙结构表征及渗流模拟 被引量：4

12

作者 元永国 王瑞 范楠 《煤矿安全》 CAS 北大核心 2021年第8期15-20,共6页

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,... 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。 展开更多

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

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于数字岩心的页岩油储层孔隙结构表征与流动能力研究 被引量：16

13

作者 宋文辉 刘磊 +3 位作者 孙海 张凯 杨永飞 姚军 《油气藏评价与开发》 CSCD 2021年第4期497-505,共9页

页岩油藏孔隙结构非均质性较强且具有多尺度特征,既有纳米级有机质粒内孔隙、纳米—微米级非有机粒间孔隙,还发育微裂缝。页岩低孔低渗特征导致岩心流动物理实验开展较为困难,无法测量不同尺度孔隙介质内的页岩油渗流参数,难以准确认识... 页岩油藏孔隙结构非均质性较强且具有多尺度特征,既有纳米级有机质粒内孔隙、纳米—微米级非有机粒间孔隙,还发育微裂缝。页岩低孔低渗特征导致岩心流动物理实验开展较为困难,无法测量不同尺度孔隙介质内的页岩油渗流参数,难以准确认识不同尺度孔隙介质内的页岩油流动能力。为解决该问题,提出基于数字岩心的页岩油储层孔隙结构表征与流动能力计算方法。首先建立考虑纳微尺度运移机制、赋存状态的页岩油纳米孔隙流动数学模型,分析了孔隙表面的物理化学性质、孔隙尺寸对页岩油流动规律的影响。进一步拓展至三维多孔介质,建立孔隙网络页岩油流动数学模型,结合不同尺度下的页岩油储层岩心扫描成像结果,构建了不同介质内的数字岩心,提取孔隙网络模型,研究了页岩油储层多尺度孔隙结构特征与油相流动能力。研究结果表明,孔隙半径在5 nm以下时,页岩油渗透率主要取决于吸附相渗透率;晶间型孔隙介质主导页岩油流动能力,微尺度效应对页岩油储层油相渗透率影响较小,可忽略不计;有机质孔隙介质内页岩油流动微尺度效应较强,滑移现象较为明显,对页岩油储层流动能力贡献取决于有机质内部孔隙联通性。 展开更多

关键词 页岩油 数字岩心 孔隙网络模型 多尺度孔隙结构 渗透率

在线阅读 下载PDF 职称材料

孔隙尺度水驱油模拟及残余油研究 被引量：3

14

作者 任奕明 李闽 李中超 《重庆科技学院学报（自然科学版）》 CAS 2015年第1期1-5,共5页

采用微CT扫描技术建立来自WD区块4块岩样的三维映射网络模型,并对其进行水驱油模拟。基于微观驱油效率和含残余油孔隙比例随各因素的变化关系,对影响孔隙中残余油形成的因素及其影响机理进行定性分析。分析结果表明,孔隙大小、孔隙形状... 采用微CT扫描技术建立来自WD区块4块岩样的三维映射网络模型,并对其进行水驱油模拟。基于微观驱油效率和含残余油孔隙比例随各因素的变化关系,对影响孔隙中残余油形成的因素及其影响机理进行定性分析。分析结果表明,孔隙大小、孔隙形状、孔喉比以及配位数分别对孔隙中残余油形成的可能性及残余油饱和度有不同的影响。 展开更多

关键词 微观模拟 网络模型 孔隙尺度 水驱油 残余油

在线阅读 下载PDF 职称材料

多孔介质中水气交替注入微观渗流模拟 被引量：10

15

作者 杨永飞 尹振 +2 位作者 姚军 李亚军 王晨晨 《地球科学（中国地质大学学报）》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第4期853-858,886,共7页

针对水气交替注入(water-alternating-gas,WAG)过程中,油气水三相渗流的微观机理认识不足和油气水三相流体在多孔介质中分布规律认识不准确等问题,基于三维孔隙网络模型,应用孔隙级模拟方法,从微观角度模拟了不同润湿性多孔介质中的WAG... 针对水气交替注入(water-alternating-gas,WAG)过程中,油气水三相渗流的微观机理认识不足和油气水三相流体在多孔介质中分布规律认识不准确等问题,基于三维孔隙网络模型,应用孔隙级模拟方法,从微观角度模拟了不同润湿性多孔介质中的WAG驱替过程.结果表明:连通性较好的多孔介质中,原油主要在前两轮的WAG循环中被驱替出来;在前两轮WAG驱替之后,流体饱和度和分布规律达到比较稳定的状态,但在完全水湿模型中油相仍然在多孔介质中流动.得出的WAG驱替过程中各相流体饱和度的变化规律、各相流体分布规律和驱替类型,较好地阐述和解释了多孔介质中的微观驱替机理. 展开更多

关键词 水气交替注入 微观机理 三相流 三维孔隙网络模型 多级驱替链 石油地质

原文传递

基于孔隙网络模型的电池热管理系统跨尺度分析 被引量：3

16

作者 王屹航 杨元凯 +1 位作者 刘通 王沫然 《清华大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第2期170-176,共7页

针对电池热管理系统进行跨尺度分析以提高电池安全性是当前产业界的迫切需求。该文将电池组类比为多孔介质,将电池热管理系统优化等效为多孔介质对流换热过程,采用具有计算高效、多物理场耦合能力强等优势的孔隙网络模型对实际电池热管... 针对电池热管理系统进行跨尺度分析以提高电池安全性是当前产业界的迫切需求。该文将电池组类比为多孔介质,将电池热管理系统优化等效为多孔介质对流换热过程,采用具有计算高效、多物理场耦合能力强等优势的孔隙网络模型对实际电池热管理系统进行了多尺度分析。该方法在进行准确性验证后,可以有效建立电池单体与电池组整体之间的信息交互,并搭建电池热管理系统分析的跨尺度桥梁。该方法基于不同尺度下多孔介质流动和传热过程,为未来跨尺度方法的工程应用打下基础。 展开更多

关键词 热管理 热分析 孔隙网络模型 跨尺度分析

原文传递