多孔介质细观流动理论及模拟方法

目录
前言
第1章 多孔介质基本属性 1
1.1 基本概念和定义 1
1.1.1 多孔介质 1
1.1.2 流体饱和度 3
1.1.3 浸润性 3
1.1.4 界面张力 4
1.1.5 毛细管压力 4
1.2 多孔介质的种类及特征 5
1.2.1 单重孔隙介质 5
1.2.2 裂隙介质 6
1.2.3 双重介质 6
1.2.4 多重介质 7
1.2.5 多孔介质的复杂性 7
1.3 多孔介质中流体的物理特性 8
1.3.1 与压力相关的气体物理特性 8
1.3.2 与压力相关的物理特性 8
1.3.3 与压力相关的水的物理特性 9
1.3.4 饱和多相流体岩石的渗流特性 9
1.3.5 非牛顿流体的物理性质 10
1.4 多孔介质的应用领域 11
1.4.1 地下水开发与利用 11
1.4.2 油气开发领域 12
1.4.3 化工领域 13
1.4.4 医学领域 14
1.4.5 生物体介质 14
第2章 多孔介质细观尺度流动的力学问题 16
2.1 不同尺度下的基本概念及定义 16
2.1.1 微观尺度 17
2.1.2 细观(介观)尺度 17
2.1.3 宏观尺度 18
2.2 细观尺度中流动的微观力类型及作用范围 18
2.2.1 微圆管内微观力类型及作用范围分析 18
2.2.2 微圆管界面与流体特性参数表征 25
第3章 考虑固-液界面作用下微可压缩流体的微圆管稳态流动规律 31
3.1 微可压缩流体在圆管内的流动规律 31
3.1.1 不可压缩牛顿流体在圆管内的流动规律 31
3.1.2 微可压缩牛顿流体的本构方程 33
3.1.3 微可压缩流体在圆管内的流动规律数学模型 34
3.1.4 正则摄动法求解非线性方程组 35
3.2 考虑固-液界面静电作用力下的微可压缩流体稳态流动规律 36
3.2.1 物理模型和数学模型 36
3.2.2 正则摄动法求解 41
3.2.3 结果与讨论 45
3.3 考虑固-液分子间作用力的纳微米圆管中流体的流动规律 46
3.3.1 物理模型和数学模型 46
3.3.2 正则摄动法求解 52
3.3.3 流动规律及影响因素 61
第4章 圆管中微可压缩流体的单相和两相不稳定流动分析 69
4.1 无限长圆管-单相微可压缩流体不稳定流动 69
4.2 有限长圆管-单相微可压缩流体不稳定流动 72
4.3 无限长圆管内有动界面的两相微可压缩流体不稳定流动 75
4.4 有限长圆管内有动界面的两相微可压缩流体不稳定流动 80
4.4.1 不考虑固-液界面作用力的两相流动 80
4.4.2 考虑固-液界面作用的微可压缩流体的水驱油两相圆管流动 83
第5章 毛细管束模型模拟多孔介质宏观流动规律 89
5.1 毛细管束模型 89
5.2 进出口端定压时的毛细管束模型 93
5.2.1 数学模型 93
5.2.2 数学拟合分析 95
5.3 进口端定流量出口端定压力时的毛细管束模型 98
5.3.1 数学模型 98
5.3.2 考虑固-液界面作用力的影响 101
5.3.3 数学拟合分析 102　
第6章 纳微米流体流动动力学数学模型 105
6.1 纳微米单相流体流动动力学数学模型 105
6.1.1 纳微米管单相流动数学模型 105
6.1.2 纳微米管单相流体流动特性模拟分析 110
6.2 纳微米两相流体流动动力学数学模型 117
6.2.1 纳微米管两相流体流动数学模型 117
6.2.2 纳微米管两相流体流动影响因素模拟分析 121
第7章 纳微米尺度油水流动动力学机制 128
7.1 细观尺度油水动力学机制 128
7.1.1 微观剩余油主控因素动力学分析 128
7.1.2 油水分布状态与动力学分析 132
7.1.3 网络结构细观尺度油水流动规律 135
7.2 细观尺度油水动力学关系数学模型 136
7.2.1 网络结构油水动力学关系模型 136
7.2.2 网络结构细观尺度油水流动数值模拟方法 141
7.2.3 网络结构细观尺度油水动力学关系数值模拟 142
7.2.4 油水动力学特性影响因素研究 142
7.3 反映细观动力学特性的宏观渗流力学数学描述 149
7.3.1 细观与宏观尺度力学参数关系表征 149
7.3.2 宏观渗流力学数学描述方法 150
第8章 考虑空间位形力的非匀相流体渗流规律 152
8.1 考虑空间位形力的微圆管流动模型 152
8.1.1 不同形状颗粒通过圆柱形孔道 152
8.1.2 速度和流量模型 158
8.1.3 微圆管流动影响因素分析 160
8.2 考虑空间位形力作用微圆管两相流数学模型及影响因素分析 168
8.2.1 考虑空间位形力作用微圆管两相流体流动数学模型研究 168
8.2.2 微圆管两相流体流动影响因素模拟分析 169
8.3 微圆管流动规律特征实验验证渗流模型 174
8.3.1 纳微米聚合物颗粒的性质 174
8.3.2 实验流速与压力梯度的关系 176
第9章 考虑双电层效应的不可压缩流体流动规律 180
9.1 物理模型和数学模型 180
9.1.1 电势场方程 181
9.1.2 电场方程 183
9.1.3 流动控制方程 184
9.2 数值求解 185
9.2.1 计算方案 185
9.2.2 网格设计与边界处理方法 186
9.2.3 人工压缩算法求解 187
9.3 结果与讨论 190
9.3.1 电势分布 190
9.3.2 电荷密度和电场分布 191
9.3.3 考虑双电层效应的微圆管流体流动特性 192
第10章 考虑微观力作用的二维微观网络数值模拟 196
10.1 二维微观网络岩心网络模型模拟计算方法 196
10.1.1 考虑微观力作用的二维微观网络模型 196
10.1.2 水驱动态网络模型的计算流程 204
10.2 油水分布规律模拟动态显示 205
10.3 二维尺度剩余油成因微观力作用机理模拟研究 210
10.3.1 微观孔隙结构对剩余油分布影响分析 210
10.3.2 不同类型储层剩余油微观分布特征 228
10.3.3 不同类型储层剩余油成因微观力作用机制研究 236
第11章 考虑微观力作用的三维微观网络岩心仿真模拟 240
11.1 岩心三维微观网络模型构建 240
11.1.1 微CT扫描实验仪器及工作原理 241
11.1.2 微CT扫描构建三维数字岩心的过程 241
11.1.3 孔隙网络模型的提取 244
11.2 三维微观网络岩心水驱油网络模型建立 245
11.2.1 孔隙空间的描述 245
11.2.2 引流过程及毛细管力 247
11.2.3 渗吸过程及毛细管力 250
11.3 三维微观网络岩心网络模型模拟计算方法 254
11.3.1 饱和度的计算方法 254
11.3.2 渗透率的计算方法 255
11.3.3 传导率的计算方法 256
11.4 三维尺度剩余油成因微观力作用机理模拟研究 259
11.4.1 模拟参数 259
11.4.2 相对渗透率曲线 260
11.4.3 含水率曲线 261
11.4.4 采出程度曲线 262
第12章 微观网络仿真模拟与室内模拟验证及分析 265
12.1 二维微观网络水驱模拟的实验模拟验证 265
12.1.1 实验设计 265
12.1.2 实验结果及分析 269
12.1.3 剩余油分布与数值仿真模拟比对 271
12.2 岩心水驱相对渗透率曲线规律影响分析 273
12.2.1 实验原理 273
12.2.2 实验方法 273
12.2.3 岩心选取 273
12.2.4 实验结果及分析 274
12.3 三维网络模型仿真模拟的岩心水驱实验模拟验证 275
12.3.1 模拟参数 275
12.3.2 模拟结果和实验结果对比 277
12.4 室内岩心水驱实验与三维网络模型仿真模拟结果对比分析 278
第13章 多孔介质细观剩余油形成机制 282
13.1 微观剩余油成因机理分析 282
13.1.1 介质细观力作用与剩余油特征关系 282
13.1.2 介质细观各种力的相互作用关系及对驱动影响 291
13.2 不同类型微观剩余油启动条件 297
13.2.1 调整驱动压力梯度 297
13.2.2 调整驱替方向 300
13.2.3 剩余油有效动用方法 301
第14章 聚合物驱网络模型及数值模拟 303
14.1 聚合物溶液黏度方程 303
14.2 聚合物溶液二维动态网络模型及数值模拟 304
14.3 聚合物溶液三维网络模型及数值模拟 306
参考文献 309