重力作用下多孔介质Hele-Shaw模型的指法变化实验研究

多孔介质中气体渗透作用多表现为黏性力与毛细力的竞争关系,但目前在重力为主导下讨论气体黏性力与毛细力作用关系的研究较少。通过提出一个定量去评估孔隙尺度、流速以及黏性流体中黏性力在重力作用下不可混溶的气体位移影响的系统,研究了重力与黏性力综合作用下多孔介质中的气体渗流。分别采用水平和垂直两种Hele-Shaw模型放置方式进行实验,结果表明:在颗粒均匀沉降后,流速Q以及黏度μ对孔隙大小θ的影响与重力下的无序性相关;重力作用下,气体渗流过程主要受重力与黏性力制约;在横向与纵向时指法驱替方式不同,气体在高流速下以纵向指法为主导驱替,在低流速下以横向指法为主导驱替;颗粒大小造成气体渗流的形态差异。实验结果还证实了,在紧致入口区域内,横向上指法位移速率随毛细管数的增加而降低(驱替面积减小);纵向上指法位移速率随着毛细管数的增加而增加。研究对进一步认识固-液-气三相流混合及微尺度孔隙网络有参考意义,在地球物理、揭示石油迁徙原理、石油工程多相流和多相流测量等应用中起着关键作用。

一套用于海底油气分形迁移研究的实验装置

为助力解决海床亚层中油气的迁徙过程难预测与孔隙分布情况难获取等问题,在已有的有关摩擦流体实验和Hele-Shaw模型的研究基础上,设计制作一种用于海底油气分形迁移研究的实验装置。该装置由Hele-Shaw Cell模块、电控模块、监测设备与图形处理系统组成,不仅能够直观展现海床亚层中的油气迁徙过程,还能通过更换不同的填充悬浊液与调节进气速率模拟不同情况下的海床亚层结构,并在此基础上做到控制变量来完成更细致的实验模拟与研究。用该实验装置进行多次不同状态下(如改变填充颗粒直径和气体注射速率)的实验,模拟不同的海床亚层的情况,都得到了理想的结果。将实验结果与已有的真实扫描结构进行比对,发现实验现象正确复现真实油气的迁徙过程与其孔隙结构分布。该实验装置与实验设计具有正确性与可靠性,可以将其应用于海底油气迁徙过程以及孔隙分布情况的相关研究。