含随机裂纹网络孔隙材料渗透率的逾渗模型研究

采用逾渗理论对含随机裂纹网络的孔隙材料渗透性进行研究. 开裂孔隙材料渗透率的影响因素包括裂纹网络的几何特征、孔隙材料本体渗透率以及裂纹开度, 本文使用连续区逾渗理论模型建立了渗透率的标度律. 对于裂纹网络的几何特征, 本文基于连续区逾渗理论并考虑裂纹网络的分形特征提出了有限区域内二维随机裂纹网络的连通度定义; 对随机裂纹网络的几何分析表明, 随机裂纹局部团簇效应会降低裂纹网络的整体连通性, 随机裂纹网络的标度指数并非经典逾渗理论给出的固定值, 而是随着网络的分形维数的减小而增大. 本文在网络连通度和主裂纹团的曲折度的基础上, 提出了开裂孔隙材料渗透率标度律的解析表达, K=K₀(K_m,b)(ρ-ρ_c)^μ, 分别考虑了裂纹网络的几何逾渗特征 (ρ-ρ_c)^μ、孔隙材料渗透率K_m 以及裂纹开度比b; 对有限区域含有随机裂纹网络的孔隙材料渗透过程的有限元模拟表明, K₀ 在裂纹逾渗阈值附近与b呈指数关系, 但当裂纹的局部渗透率与K_m比值高于10⁶ 后, 开度比b对渗透率不再有影响.     

烧结铜粉吸液芯毛细性能研究

本文通过实验和数值计算对均热板内烧结铜粉吸液芯的孔隙率、体积收缩率、渗透率、毛细性能等开展研究,实验样品包括烧结的10组(50个)单粒径铜粉吸液芯和8组(24个)复合粒径铜粉吸液芯,分别开展了渗透率实验和毛细上升红外测试实验,通过渗透率实验结果与计算结果对比分析,验证了计算的准确性;采用计算有效毛细半径作为吸液芯的实际有效毛细半径,计算了吸液芯的毛细性能因子,分析了铜粉粒径对于各参数的影响。     

不同温度下丝网过滤器的渗透率试验研究

为了研究丝网型过滤器在不同温度下的阻力特性,对一种褶皱型不锈钢丝网过滤器进行了低温和常温下的渗透率试验研究.流动工质分别采用纯净的液氮和二氧化碳气体,测试两种温度下工质流经过滤器试验台的压降,从而利用总流伯努利方程以及层流下的达西公式计算两种工况下的渗透率.试验结果表明,85 K时的渗透率比283 K时低2个数量级,这主要是由于低温下不锈钢丝网发生冷缩,改变了流道结构并降低了孔隙率,从而导致渗透率降低且压降升高.     

不同滑移边界下的页岩渗透率修正模型

页岩中的孔隙直径通常为纳米量级,基于连续流的达西定律已不能描述纳米级孔隙内的气体流动规律,一般采用附加滑移边界条件的Navier-Stokes方程对其进行描述. 由此可导出与压力相关的渗透率公式(称为"视渗透率"),并用来修正达西定律.因而,渗透率修正方法研究成为页岩气流动研究的热点之一.首先,基于Hagen-Poiseuille 流推导出一般形式二阶滑移模型下的速度分布和流量公式,并推导出相应的渗透率修正公式.该渗透率修正公式基本能将现有的滑移速度模型统一表达为对渗透率的修正. 基于一般形式的渗透率修正公式,重点研究了Maxwell, Hsia, Beskok与Ng 滑移模型速度分布渗透率修正系数、及其对井底压力的影响;提出了基于Ng 滑移速度模型的渗透率修正公式. 基于页岩实际储层温压系统及孔隙分布,计算了Kn 范围及储层条件下页岩气的流动形态,表明页岩气流动存在滑移流、过渡流与分子自由流. 而Ng 模型能描述Kn<88 的滑移流、过渡流、自由分子流的流量规律,因此可以用于描述页岩实际储层中页岩气的流动特征. 计算表明,随着Kn 的增加,不同滑移模型下的渗透率修正系数差异增大.Maxwell与Hsia模型适用于滑移流与过渡流早期,Beskok与Ng 模型可描述自由分子流下的流动规律,但二者在虚拟的孔径均为10nm页岩中,井底压力的差别开始显现;在虚拟的孔径均为1nm页岩中,井底压力的差别开始明显.      

通孔金属泡沫渗透率解析模型

针对通孔金属泡沫中的渗透率预测及现有理论模型的局限性,发展了一种新的全解析渗透率模型. 该模型以立方体结构作为代表单元,采用基于追踪流体微团轨迹的分支算法解析求解代表单元内的流动迂曲度. 渗透率的表达形式简单且不含任何拟合或经验参数,仅是孔隙率与平均孔径的函数. 采用实验测量和文献数据对模型预测进行了验证. 结果表明:提出的模型能够在较为宽广的孔隙率(0.55~0.98) 和孔密度(5~100 PPI) 范围内预测孔通孔金属泡沫的渗透率;采用分支算法得到的流动迂曲度能够较好地描述流体在通孔金属泡沫中的流动特征;采用开孔率修正的解析模型亦能对半开孔泡沫材料的渗透率提供良好预测.      

盐胁迫下匍匐翦股颖高光谱分析与电解质渗透率反演

叶片电解质渗透率是反映植物细胞渗透性的一个重要指标,对草坪草遭受盐胁迫的研究有重要意义。针对叶片电解质渗透率传统检测方法,耗时长,损伤叶片,无法大面积监测等弊端,探讨了用高光谱快速无损检测叶片电解质渗透率的方法。以匍匐翦股颖(Agrostis stolonifera)为对象,在温室中水培两周后进行浓度分别为0(对照),100和200 mmol·L-1的盐处理,7 d后按间隔7 d取样3次,共72个样。每次取样时先测量样品的光谱值,然后采用电导率法测定叶片电解质渗透率。分析匍匐翦股颖三种盐处理与光谱反射率之间的关系和差异,对三种盐处理的光谱反射率计算归一化植被指数和差值植被指数,采用差分法计算光谱反射率的一阶微分,同时计算出蓝、绿和红光的三边参数,分析叶片电解质渗透率与光谱反射率、归一化植被指数、差值植被指数和三边参数的相关性。利用叶片电解质渗透率和各光谱数据相关程度高的数据,对校正集采用一元线性回归、多元线性回归和偏最小二乘回归法构建叶片电解质渗透率反演模型,用预测集检验反演模型。结果表明：盐胁迫与叶片高光谱在450～700 nm波段呈正相关;叶片电解质渗透率与450～732 nm波段反射率在0.01水平上显著相关;三边参数中绿边幅值和绿边面积与叶片电解质渗透率显著相关;采用偏最小二乘回归法建立的反演模型精度最好,建模和反演预测的决定系数分别达到了0.681和0.758,均方根误差分别为7.124和7.079。偏最小二乘法构建的反演模型实现了盐胁迫下匍匐翦股颖叶片电解质渗透率的快速无损检测,也为采用高光谱实时监测盐胁迫对匍匐翦股颖及其同类植物的伤害提供了依据和理论参考。     

卸压开采损伤煤岩气体渗透率试验研究

我国煤系地层的煤岩体渗透率普遍较低,直接影响煤矿瓦斯抽采效果。卸压开采使采场围岩受采动应力作用具备了峰后力学行为,其渗透率也大幅度增加,有助于瓦斯的高效抽采。本文基于MTS815.02型电液伺服岩石渗透试验系统,对卸压开采后损伤煤岩的气体渗透率进行了测试。研究表明:(1)卸压损伤煤岩石的渗透率在10-5～10-4 m2之间,较受采动影响前要大107～108倍;(2)卸压过程中,煤样的气体渗透率与围压近似呈线性关系,与岩样呈双曲线关系;(3)卸压损伤煤岩逐渐加围压,气体渗透率近似为线性下降,卸压阶段,其渗透率增加;(4)加卸围压对煤岩的气体渗透率有很大影响。研究结果可为卸压瓦斯高效抽采提供理论依据。     

近井地带凝析油聚集机理研究综述

凝析气藏衰竭开发过程中,当压力降到露点压力以下时,凝析油会在近井地带迅速聚集,严重损害凝析气井的生产能力.从实验和理论上综述凝析油在近井地带的聚集机理,通过研究凝析气藏衰竭开发过程中出现在近井地带的凝析油气流动的不同流型和相态特征,评价近井地带可动凝析油和不可动凝析油对气体流动性的影响.准确认识凝析油气的聚集特征和聚集机理对凝析气藏的高效开发具有重要的指导意义.      

液氮冷加载作用下煤样渗透特性研究

为了研究液氮冷加载对煤样渗透特性的影响,采用试验研究和理论分析相结合的方法,对不同冷加载周期煤样的孔隙、裂隙结构损伤破坏变化规律、各物理力学性质以及渗透特性展开研究,通过电镜扫描、波速测试、渗透试验和单轴压缩试验分别得到不同冷加载周期前后煤样裂隙的发育情况、波速衰减率、孔隙量、抗压强度以及渗透率的变化。试验结果表明：(1)液氮冷加载能促进煤样裂隙萌生和发育,有效地连接相对独立的裂隙结构,形成交织的裂隙网络,增大煤样气体流量,从而提高煤样渗透率。(2)温差效应与水冰相变的共同作用对煤样渗透性也有较强的促进作用。(3)随着冷加载周期的循环,煤样裂隙扩展宽度、扩展率均逐渐增大,力学性能减弱,抗压能力越来越差,煤样整体损伤程度严重,渗透率呈指数增长,比煤样初始渗透率提高了16.76倍。     

变开度岩体裂隙多相渗流实验与有效渗透率模型

岩体裂隙的有效渗透率是描述岩体非饱和或多相渗流的关键参数,而裂隙开度是影响有效渗透率的重要因素.通过自主研发的粗糙裂隙多相渗流可视化实验平台,针对天然岩体裂隙复制而成的裂隙模型开展变开度条件下的多相渗流可视化实验,研究开度变化对多相渗流流动结构以及有效渗透率的影响.研究表明:非湿润相流体运动通道,在低流量比条件下呈现出气泡流流动结构,而在高流量比条件下呈现较为稳定的通道流流动结构.随着开度的增加,非湿润相流动通道的分支变少、等效宽度增加,两相流体的有效渗透率均增大,流动结构趋于稳定.可视化结果还阐明了柱塞流流动结构下,两相流体交替占据裂隙空间的竞争机制:当非湿润相流体通道由连续转变为不连续时,裂隙进出口压差显著增加;反之,当该通道由不连续转变为连续时,压差显著减小.最后,基于分形理论以及渗透率统计建模方法,建立了考虑开度效应的岩体裂隙多相渗流有效渗透率理论模型,并通过实验测定的有效渗透率数据验证了该模型的正确性与有效性.