潜水位上升过程中气体圈闭物理模拟试验

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潜水位上升时,潜水面上升过程中会有一部分气体被圈闭在孔隙中,以圈闭气体的形式占据孔隙空间,隔断孔隙连通,阻碍水流运动,对介质的渗透性能产生重要影响。研究气体圈闭形成机理、影响因素,分析其对介质渗透性的影响对潜水水流运动有重要意义。  本文分别对不同岩性的4种介质进行了室内模拟潜水位上升时气体圈闭试验和渗透系数测定试验,分析影响气体圈闭的影响因素,并使用经验拟合方法、非饱和方法、圆管流方法和膜流和角流方法定量研究了圈闭气体饱和度与渗透系数的关系,评价不同方法的适用性。论文取得的成果包括:  (1)细粒介质由于粒径小、孔隙小且分布范围广,易于因为断开(snap-off)机理发生圈闭,又因所需气泡逸出压力较大不易逸出而在水驱气过程中比粗粒介质圈闭更多的气体。同种介质进行不同驱替速率试验后发现,驱替速率越小圈闭气越多,是因为速率越快越不利于产生气泡截断,形成气泡速率也就相应变低,且速率较快时会促进孔隙流通更容易将气泡驱替出介质孔隙。  (2)不同圈闭气体饱和度时的渗透系数测定结果表明,圈闭气体饱和度越大,渗透系数越小。圈闭气体饱和度的与渗透系数关系呈幂函数关系,基于此本文提出了拟合度最高的经验公式。  (3)利用非饱和渗透系数拟合表明Brooks-Corey(1964)非饱和渗透系数模型最接近实测值,但对比参数发现拟合参数与实际计算所得参数不一致,说明气体圈闭过程的渗透虽与非饱和渗透的计算有相同形式却不是真正意义上的非饱和渗透。  (4)基于圆管流对圈闭气体饱和度与渗透系数的关系研究表明使用圆管流动计算得到的气体圈闭过程的渗透系数与实测值相差较大,因此圆管流不完全适用于气体圈闭过程的理论计算分析。基于膜流和角流的概念模型虽然对圈闭机理可以做很好的说明,但是计算渗透系数时,因其在孔隙尺度、阻力方面缺乏考虑而使得计算结果与实际结果拟合度不高。
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