多孔介質(zhì)細(xì)觀流動(dòng)理論及模擬方法

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 地下水開發(fā)與利用 11
1.4.2 油氣開發(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 無限長圓管-單相微可壓縮流體不穩(wěn)定流動(dòng) 69
4.2 有限長圓管-單相微可壓縮流體不穩(wěn)定流動(dòng) 72
4.3 無限長圓管內(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 引流過程及毛細(xì)管力 247
11.2.3 滲吸過程及毛細(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