【摘 要】
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多孔介质内的渗流过程广泛存在于石油、天然气开采、CO2地质封存、微机电系统等领域。近年来,多孔介质内两相渗流特性受到越来越多的关注。微纳米级孔隙是流体在多孔介质中渗流的主要通道,不同于常规尺度的流动,气体在微通道中的流动存在微尺度效应,这会导致渗流性质发生改变。本文基于MRT-LB模型,考虑努森层对气体流动的影响,并结合大密度比多组分多相伪势模型,构建了微尺度多组分多相LB模型,并用该模型研究微通
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多孔介质内的渗流过程广泛存在于石油、天然气开采、CO2地质封存、微机电系统等领域。近年来,多孔介质内两相渗流特性受到越来越多的关注。微纳米级孔隙是流体在多孔介质中渗流的主要通道,不同于常规尺度的流动,气体在微通道中的流动存在微尺度效应,这会导致渗流性质发生改变。本文基于MRT-LB模型,考虑努森层对气体流动的影响,并结合大密度比多组分多相伪势模型,构建了微尺度多组分多相LB模型,并用该模型研究微通道中气体的渗流规律以及多孔介质几何性质、润湿性和微尺度效应对甲烷/水两相渗流的影响。在应用该模型模拟气体在微通道中流动时发现:微尺度效应会使得气体的表观渗透率增加,且随着孔隙平均Kn数的增加,孔隙近壁面处的速度与截面中心的速度差值减小。分析不同平均Kn数下多孔介质内的高渗区域分布发现,随着平均Kn数增加,孔隙中高渗区域面积占孔隙总面积的比例增加,且高渗区优先在小孔隙中增加,这是由于小孔隙相对于大孔隙努森层占比更大所致。在应用该模型研究甲烷/水两相渗流特性时发现:甲烷/水两相流体在多孔介质中的流动受多孔介质颗粒形状、比表面积、均质性、润湿性以及微尺度效应等因素影响。具体来说,在相同孔隙率下,圆形颗粒的多孔介质比方形颗粒流动阻力小,水相和气相的相对渗透率均增大。当多孔介质的孔隙率保持不变时,固体颗粒的比表面积越大流体与固体的接触面积也就更大,这不利于两相渗流,但是另一方面,更大的比表面积有利于润湿相形成连续的渗流区,这有利于水相的渗流,且这种效应在饱和度较小(Sw<0.4)时更加明显,因此水相的相对渗透率呈现先增大后减小的趋势。异质多孔介质相比均质多孔介质孔隙的迂曲度更大,这对两相的渗流均是不利的,故两相的相对渗透率均减小。在多孔介质中,润湿相倾向于占据较小的孔隙空间而非润湿相倾向于占据较大的空间,这种机制使得在壁面润湿性增大时非润湿相的渗透率变大而润湿相的渗透率减小,但是另一方面,在强润湿介质中水相更容易形成连续的渗流区,这有利于水相的渗流,因此水相的相对渗透率呈现先减小后增大的变化趋势。微尺度效应会使得气体存在滑移速度,这种效应使得非润湿相和润湿相的渗透率均增大,但是气体的速度变大不利于润湿相在液相饱和度较小时的连续性,这会抑制润湿相的渗流,这两种机制共同作用使得当增大孔隙的平均Kn数使得流动从连续流区进入滑移区时,非润湿相的相对渗透率增加而润湿相的相对渗透率变化并不明显。
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