气-水二相砂介质的饱和度与毛细压力关系研究

采用一种新的动态测试方法,TDR-张力计-数据采集器联用,动态测定沙柱中气-水二相条件下饱和度与毛细压力(S-p)关系曲线。对各组成仪器的工作原理,以及TDR和张力计的标定方法做了具体介绍,对实验装置的稳定性也进行了专门测试。结果表明,TDR-张力计-数据采集器联用装置可安全准确快速测量出气-水二相条件下饱和度与毛细压力关系的动态变化。

多孔介质两相系统毛细压力与饱和度关系试验研究

两相系统毛细压力-饱和度(h^S)关系曲线的确定是多孔介质多相流动研究的基础。采用简易试验装置对理想和实际介质中水-气和油-水两相系统中的h^S关系曲线进行了测定。试验结果表明,对于相同两相系统,多孔介质孔隙度愈小,同一毛细压力对应的饱和度相应愈大;对于不同两相系统,理想介质的关系曲线在一定毛细压力以下平缓,较大毛细压力时陡直,实际介质关系曲线走势相对较陡。分析结果表明,水-气和油-水两相系统的实测数据符合Parker等提出的基于van Genuchten(1980)关系式的折算理论;应用折算理论,可以在同一多孔介质某一两相系统h^S关系已知的情况下较好地估计同一孔隙度条件下其它两相系统的h^S关系曲线。

混凝土中毛细压力-饱和度关系模型

首先分析了混凝土中毛细压力产生的原因,进一步分析了毛细压力与孔隙内水分弯液面之间的相关关系以及毛细压力与相对湿度之间的联系.利用圆柱孔模型对排湿过程同一相对湿度对应饱和度比吸湿过程高这种滞后效应进行分析.根据滞后效应的分析,基于已有的吸湿过程中毛细压力与饱和度关系提出了预测排湿过程中毛细压力与饱和度之间的关系模型.进一步引入等比容吸附热量的影响,分析了温度对排湿过程中毛细压力与混凝土内饱和度之间关系的影响,结果发现随着温度的升高同样饱和度对应的毛细压力数值逐渐降低.

多孔介质不溶混流体毛细压力与饱和度关系实验研究

采用根据张力计原理设计的简易装置实验测定多孔介质湿润相被单调驱替过程中湿润相饱和度与毛细压力的关系曲线,研究不同两相系统(水-气、水-油、油-气)中该关系的特点和联系。实验结果采用Van公式进行拟合,结果表明实测曲线和拟合曲线吻合很好。为了寻找预测任意两相系统湿润相饱和度与毛细压力关系的简单途径,在Parker等提出的折算理论基础上,采用两种方法处理实验数据、拟合参数,将折算系数应用于实测数据,结果表明通过引入折算系数,一组两相系统中湿润相有效饱和度与折算毛细压力的关系可用于其它两相。

非离子表面活性剂对两相系统毛细压力和饱和度关系的影响

表面活性剂至水相的引入将对原先包含纯水两相系统的毛细压力和饱和度关系存在影响。对含有非离子表面活性剂Triton X-100的水-气和水-油两相系统中的毛细压力-饱和度关系曲线进行了试验测定。试验结果表明,同不含表面活性剂的纯水系列相比,在同一饱和度情况下,含有表面活性剂的Triton X-100(0.1%)系列对应的毛细压力水头值都有不同程度的减小,说明在Triton X-100存在的情况下,驱替出同样数量的湿润相体积所需的毛细压力值较小。以van Genuchten关系式为基础的拟合结果表明,在已知纯水系列毛细压力饱和度关系的情况下,对于Triton X-100-气系统的毛细压力饱和度关系,考虑界面张力降低作用引入折算系数得到的拟合值更接近于真实值;而对于Triton X-100-油系统拟合值接近真实值的程度则随多孔介质的不同而有所不同。

毛细压力──饱和度关系的试验研究

试验测定了 5种典型土样和砂样的毛细压力与饱和度的关系曲线 ,用 Leverett函数处理试验结果并与前人的结果进行比较分析 ,得出对于渗透率量级在 10 -7～ 10 -9cm2 间的土和均质砂 ,用 Leverett函数折算的无量纲的毛细压力—饱和度关系曲线可以很好地统一到一条曲线上来 ,且α=0 .65的结果更优。实测的不同饱和度情况下毛细压力水头与数学模拟结果的比较计算表明 ,Van Genuchten的表达式更适合于土的情况 ,而 Broods- Corey的表达式则更符合于砂的情况。

多孔介质两相流的统一毛细压力——饱和度关系曲线

有机污染物 ( NAPLs)在地下水非饱和区和饱和区中的运动属于多孔介质中的多相流问题 ,其中毛细压力与饱和度的关系是求解多相流运动方程的基础。前人的研究表明 ,对于一定的多孔介质 ,建立其中任意两相流的统一毛细压力饱和度关系曲线是可能的。利用多孔介质毛细管模型 ,得到了利用气水两相的毛细压力饱和度关系式推求气 -NAPL、水 -NAPL两相的毛细压力饱和度关系的毛细压力折算系数。从而得出对于同一介质中的任意两相流动 ,只要某两相的毛细压力饱和度关系 (一般选择气水两相 )已知 。

球形空腔内气液两相毛细压力与饱和度的关系

毛细压力与饱和度的关系是多孔介质多相流最基本、最重要的关系之一。综述了毛细压力与饱和度关系的研究现状,列举了多种毛细压力与饱和度关系模型,展现了Leverett-J函数的发展历程。在此基础上以单个球形空腔内气液两相流体为研究对象,依据几何分析推导得到了固液接触角分别为10°、30°、60°和90°时毛细压力随饱和度的变化关系,计算结果与文献中的实验结果具有相同的变化趋势,从而很好地说明了毛细压力与饱和度关系曲线的变化特征。

多孔介质中毛细压力、饱和度和相对渗透率的确定方法

目前石油溢出或者地下储油罐泄漏等原因引起的土壤和地下水非水相流体(NAPL s)污染问题越来越引起人们的关注,由NAPL s、水和气所组成的两相或三相系统中的多相流问题亦是当前的研究热点。其中毛细压力(h),饱和度(S)和相对渗透率(k)是多孔介质多相流研究中的三个重要参数,在多相流室内试验研究中是主要的物理监测量,而且三者之间基本关系式的确定是多相流模拟时进行流动控制方程求解的前提条件。本文从室内试验和模型关系两个方面综述了土壤中NAPL s、水和气所组成的多相流系统中毛细压力、饱和度和相对渗透率以及它们之间相关关系的确定方法。

多孔介质毛细压力-饱和度的滞后特性

通过对5种不同窄筛分沙样进行吸湿-排湿实验,获得了两种不同湿迁移途径下的毛细压力-饱和度关系曲线。结果表明,吸湿-排湿过程有明显的毛细滞后存在,而且沙样的粒径愈小,滞后效应的影响愈显著。传统的实验数据处理方法使用Leverett-Udell方程进行数据关联,由于J函数忽略了毛细滞后的影响,方法并不十分有效。使用突破压力和恢复压力作为能够表征滞后特性的特征压力,并对吸湿及排湿过程分别按实验数据拟合形状函数,结果表明,能更好地关联实验数据及拟合吸湿-排湿曲线。

确定溶解气驱油藏压力与饱和度关系的新方法

针对溶解气驱油藏渗流方程的强非线性,在前人定义两相拟压力函数基础上,采用Boltzmann变换对方程进行求解,得到一种形式简单而精度较高的压力与饱和度的近似关系式。此方法虽然是从一维线性渗流模型导出的,它同样适用于一维径向渗流、应力敏感储层及其他渗流情形。该模型为油气两相渗流方程的解析或半解析求解提供了计算基础。

非饱和多孔介质内毛细驱动流动分析

将非饱和含湿多孔介质层内液体饱和度当量为无量纲的液层厚度,在多孔层内发生相变时其分布规律直观地反映相变传热能力从而预示临界热流(CHF)的发生.计算结果显示,多孔层中心处最容易出现干涸而导致CHF;残余饱和度和孔隙率越大.越不容易出现CHF;饱和度分布形状(液层形状)主要受输入热流密度和孔隙率的影响,热流越小、孔隙率越大就越平缓.

轻非水相液体在地下多相渗流的K-S-P关系研究

以砂性介质为研究对象,用砂芯漏斗法测定轻非水相液(LNAPLs)在地下渗流的毛细压力与饱和度的关系曲线,并采用Parker-Lenhard模型及Brooks-Corey-Burdine模型获取油水二相的相对渗透曲线,结果表明对于相同介质,VGM模型对油相的相对渗透率估计大于BCB模型所预测,且二种不同模型所获取曲线具有不同的等渗点饱和度和等渗点相对渗透率,VGM模型所获取等渗点渗透率比BCB模型所获取的值大0.04,建议在研究砂性多孔介质中LNAPLs的迁移问题使用BCB模型获取相对渗透率。

一个新的描述低渗透油藏油水两相渗流启动压力梯度的公式

采用压差-流量法确定低渗透油藏岩心的启动压力梯度,拟合回归得到启动压力梯度与气测渗透率的幂函数关系式。试验结果表明,由单相流试验拟合得到的启动压力梯度不能真实反映油水两相渗流时的启动压力梯度。在描述低渗透油藏两相渗流启动压力梯度时,应考虑相对渗透率的影响,而相对渗透率是含水饱和度的函数,建立了低渗透油藏两相渗流启动压力梯度与含水饱和度的幂函数关系式。根据该关系式计算了合理注采井距,与矿场真实井距符合较好。

多孔介质中不混溶两相渗流的本构关系

针对描述多孔介质渗流的传统关系模型中毛细压力与饱和度之间关系的不唯一性,基于宏观连续介质理论以及体积、质量、动量守恒定律,以残余饱和度作为状态变量,建立了多孔介质中两相不易混溶不可压缩流体毛细压力、相对渗透率、饱和度之间新的关系模型。与传统方法相比,建立的模型更具一般性,且需要的参数量更少,而且模型中毛管压力以及相对渗透率函数是以一个闭合的显式表达式来表示的;实验结果表明,模型可以很好地描述不混溶两相流体的驱替过程,而且可以解释毛管压力对过程的依赖性以及滞后现象,获取相关参数后,模型可以用来预测残余饱和度的时空分布特征。

温度压力对岩心尺度CO_(2)–水–岩系统中残余水影响的实验研究

在深部咸水层中进行CO_(2)地质储存,主要排水过程中形成的残余水对地质储层的容量和安全性都有负面影响。本研究通过超临界CO_(2)排驱饱水岩心实验,研究了不同温度(40、50和60℃)、不同压力(8、10和12MPa)对CO_(2)–水–岩系统中残余水的影响及作用机制。实验结果表明:超临界CO_(2)排驱去离子水的残余水饱和度为S_(w40℃)<S_(w50℃)<S_(w60℃)和S_(w8MPa)>S_(w10MPa)>S_(w12MPa)。分析发现,残余水饱和度的差异归因于温度压力导致CO_(2)-H_(2)O系统间界面张力变化,且压力对其影响较大;另外,较小的黏度比和较大的密度差会使残余水饱和度增大。低温高压储层具有较好的储气效果,亦可选择低盐度的储层或是注入高密度CO_(2)来降低残余水饱和度,使得毛细残余储存量增加。

沉积物中甲烷水合物饱和度测定及其力学特性研究

在自主研制的实验装置上合成甲烷水合物,采用时域反射技术(TDR)实时监测甲烷水合物生成过程中饱和度的变化,并与系统的压力降法计算的饱和度进行了对比。结果表明TDR法简单易行,结果可靠。对含甲烷水合物沉积物进行了一系列不排水三轴压缩实验,结果表明,含甲烷水合物沉积物的抗剪强度随着有效围压的增加和水合物饱和度的增加而增大;粘聚力随着甲烷水合物饱和度的增加而明显增加,但内摩擦角变化并不显著。在此基础上,提出了抗剪强度与有效围压和水合物饱和度的关系模型。

多孔介质三相流中的毛细压力和相对渗透率

毛细压力、相对渗透率与饱和度的关系是求解多孔介质多相流运动方程的基础。三相流情况下，同时测定各相流体的饱和度、压力以及渗透率十分困难，所得数据未必可信，本文在各相流体相对湿润性次序确认的基础上，选用Ｂｒｏｏｋｓ—Ｃｏｒｅｙ 的毛细压力－ 饱和度关系式，将两相流中实测的毛细压力－ 饱和度关系式推广到三相流中，从而可以方便地利用两相流的实测结果来得到三相流情况下毛细压力与饱和度的关系。同时，本文利用ｍｕａｌｅｍ 的相对渗透率模型和Ｂｒｏｏｋｓ—Ｃｏｒｅｙ 的毛细压力－ 饱和度关系式推导得到了三相流情况下各相流体的相对渗透率与饱和度的关系。

非水相流体(NAPLs)在黄土中的持留特征研究

试验测定了粘土和砂土二种土壤在不同容重下水气、PCE气和水NAPL的毛管压力与饱和度的关系曲线。研究发现,容重对二种土壤毛管压力与饱和度关系有明显影响,随着容重的增大,束缚水饱和度和进气值或置换压力增加;相同容重下,重壤土的束缚水饱和度大于砂壤土的,而砂壤土残留PCE含量大于重壤土。根据压力与饱和度的关系曲线,三者之间存在一定相关性达到极显著水平。但由于毛管压力与饱和度关系曲线在多相流研究中极为重要,因此在可能的情况下尽可能采用试验手段进行测定。

沙性介质油-水两相系统相对渗透率曲线研究

以沙性介质为研究对象,用沙芯漏斗法测定了油-水两相系统中的毛细压力与饱和度的关系曲线,研究了油-水两相系统毛细压力与湿润相饱和度关系的特点,并应用Parker-Lenhard模型获取了不同岩性的相对渗透率曲线。结果表明:①介质的渗透性能决定其油-水相对渗透率曲线的特征,受束缚水饱和度影响,油相流动能力因束缚水的存在而降低;②不同沙性介质在等渗点的饱和度不同,但在等渗点均具有相同的相对渗透率;③在油-水两相系统中,当两相同时渗滤时,其两相相对渗透率之和总小于1。