Gouy-Chapman双电层模型在蒙脱石长程膨胀中应用

对于蒙脱石晶层间的长程膨胀是否符合双电层理论众多研究者观点不一.采用Gouy-Chapman双电层模型,基于前人试验数据,从膨胀压力-晶层间距关系以及晶层间距-电解质浓度关系两个方面对模型进行验证.结果表明,在没有晶层间水合力影响的情况下Gouy-Chapman模型能够很好地拟合试验数据,说明长程膨胀符合双电层理论.另外,将Gouy-Chapman模型与其简化形式进行了对比,结果表明,当晶层间的双电层作用较弱时(Kd>1),两种模型曲线近乎重合,此时可以用简化模型代替精确模型.

部分饱和岩石的黏弹性Chapman-Kelvin模型的正演模拟方法研究

在讨论地震波传播理论时,大部分情况下是把地震波看作弹性波.事实上,地下介质是非完全弹性介质,这使得传统的均匀、完全弹性介质理论受到了严重挑战.地震波在裂隙岩石中传播受裂隙系统和流体含量的影响较大,以往许多关于频变各向异性的理论大多局限于单相流体假设,但是几乎所有储层中通常被一种以上的流体部分饱和或完全饱和.本文在Chapman理论基础上,提出了基于部分饱和的黏弹性Chapman-Kelvin模型的正演模拟新方法,以提高对部分饱和岩石的黏弹性地震波频变各向异性的认识.该方法基于Chapman和Kelvin理论模型,计算了双相不混溶流体饱和裂隙岩石中的黏弹性波频变各向异性弹性系数的表达式,提出包含喷射流和斑块效应的统一地震波传播的黏弹性Chapman-Kelvin新模型.通过对新模型进行数值试验,讨论了无裂缝和存在裂缝两种情况下,含裂隙储层部分饱和岩石中耦合的喷射流和斑块效应对黏弹性介质频变各向异性的影响.试验结果反映出黏弹性介质下地震波频变各向异性的变化规律,验证了本文提出的新方法和新模型正确.本文将黏弹性介质各向异性与裂缝中的流体流动参数相联系,有利于提高对含裂缝储层部分饱和岩石的黏弹性波频变地震各向异性的认识,以及地震学与油藏工程的结合程度.

纳滤膜对电解质溶液分离特性的理论研究(I):单一电解质溶液

电解质溶液在纳滤膜中的截留率对于膜法海水淡化和重金属离子的脱除非常重要.本文假定膜具有狭缝状孔,采用扩展Nernst-Planck方程、Donnan平衡模型和Gouy-Chapman理论来描述电解质溶液中离子在膜孔内的传递现象.使用纯水透过系数、膜孔径及膜表面电势来表征纳滤膜的分离特征,这三个参数可通过Levenberg-Marquardt方法由实验数据关联得到.本文使用该模型计算了两种商用纳滤膜(NF45和SU200)对1-1型(NaCl,KCl,LiCl),2-1型(K2SO4)和2-2型(MgSO4)单一电解质溶液的截留率,并与实验数据进行了比较,两者吻合较好.计算结果表明电解质溶液中离子在纳滤膜孔内传递的主要机理是离子的扩散和电迁移,纳滤膜对电解质溶液中离子的分离效果主要由空间位阻和静电效应决定.该模型在低浓度时对电解质溶液通过纳滤膜的截留率计算结果较准确,但对高浓度电解质溶液则偏差较大.

纳滤膜过滤多组分离子电解质溶液的模型与计算——Ⅰ理论模型

以固定电荷模型为基础,采用扩展的Nernst-Planck方程结合Gouy-Chapman(GC)理论和Donnan平衡模型,通过一系列假设和推导,得到多组分离子溶液透过纳滤膜时离子浓度在膜微孔内梯度微分方程和解膜微孔内梯度微分方程的有关参数和方程。

基于Chapman模型的气水两相饱和岩石速度频散及衰减表征

含裂隙岩石的裂隙系统与其内的流体的分布,很大程度上会影响地震波在其内的传播,导致速度频散和衰减.本文基于Chapman模型,研究润湿相和非润湿相流体随频率的变化.许多学者研究的是单一流体下的频变各向异性理论,本文着重于气水两相流体部分饱和的情况.引入了基于分形理论的相对渗透率模型,并使用无量纲参数q来表征斑块饱和现象.首先研究气水两相的相对渗透率与分形维数的关系,然后考虑了斑块饱和效应对流体混合物的有效迁移率的影响.根据数值算例,在Chapman模型中分别引入相对渗透率模型和斑块饱和效应,观察各自对横波速度和衰减的影响.最后分析耦合的相对渗透率和斑块饱和对横波速度和衰减的影响.根据算例结果可知,在中频时,相对渗透率及斑块饱和效应都比低频和高频的情况对横波速度和衰减影响大.最后考虑分形维数和无量纲参数q的耦合影响,发现无量纲参数q对横波速度和衰减的影响都明显要大于分形维数.同时还引入了横波分裂来分析这种耦合效应对各向异性的影响,结果表明横波分裂与分形维数成反比,与无量纲参数q成正比,这种现象在低频较为明显.

频变AVAZ响应特征分析及裂缝性质反演方法研究

AVAZ方法是裂缝储层评价的重要手段,然而它受到静态等效地震岩石物理模型的限制,一般用于反演裂缝密度和裂缝走向.近年来,随着裂缝性孔隙介质等效模型的发展,频变AVAZ响应特征被证明可以携带更多的裂缝性质信息.本文针对HTI介质,基于Chapman理论分析流体类型和裂缝长度对频变AVAZ响应特征的影响并建立结合贝叶斯理论和遗传算法反演裂缝密度、裂缝走向、裂缝长度和裂缝充填流体类型的新方法.新反演方法流程为:首先,基于频变AVAZ特征建立反演目标函数并运用遗传算法求解,根据此结果分别建立裂缝参数的似然函数;其次,利用贝叶斯算法将地质、测井等获得的裂缝性质先验信息与地震获得的裂缝性质似然函数结合,计算裂缝性质的后验概率分布函数;最后,通过控制先验裂缝参数的方差,均衡地震数据及地质、测井数据的信息采用量.合成数据的分析和反演结果表明:流体性质和裂缝长度是频变AVAZ响应的敏感参数;本文提出反演裂缝性质方法是可行的.先验裂缝参数影响分析验证了该方法在均衡地质、测井及地震数据的信息采用量方面的有效性.

2000年7月14日特大耀斑引起的电离层TEC突然增强现象

利用GPS网观测研究太阳耀斑爆发引起的电离层电子浓度总含量的突然增强(SITEC)现象.首先,根据电离层的Chapman电离理论,分析得出耀斑爆发引起的TEC时间变化率与太阳耀斑的有效辐射通量成正比、与太阳天顶角的Chapman函数成反比的结论.为了验证Chapman电离理论的这一简单推论,利用2000年7月14日特大太阳耀斑爆发期间中国、东南亚及澳大利亚的GPS网观测的TEC资料,统计分析了TEC的时间变化率与天顶角的Chapman函数的倒数间的相关性,发现两者确有很好的正比关系,从而证明了Chapman电离理论的正确性与可用性.结果表明,将GPS的观测用于太阳耀斑爆发等引起的电离层突然骚扰的研究,可以发挥GPS观测精度高、空间范围大、时间连续性好等优点,从而定量地揭示出与太阳爆发相关的电离层扰动过程.对电离层中的空间天气的监测与研究具有重要意义.

相对渗透率对部分饱和裂隙岩石中横波频变各向异性的影响

地震波在含裂隙岩石内传播时,很大程度上会受到裂隙系统与其内的流体所影响.本文在Chapman提出的频变各向异性理论的基础上,研究气水两相流体受频率影响的程度.不同于许多局限于单一流体假设的频变各向异性理论研究,本文着重于两相流体部分饱和的情况.因此计算频变各向异性弹性常数尤为重要,本文考虑了气水两相的相对渗透率对横波速度及其衰减的影响,并引入了基于分形理论的相对渗透率模型.首先研究在不同分形维数的情况下,气水两相相对渗透率随含水饱和度的变化趋势,并且随着该变化对有效流体迁移率的影响.气体的相对渗透率与分形维数成正比例关系,而水的相对渗透率与分形维数成反比例关系.随后根据数值算例计算双相不混溶流体饱和裂隙岩石频变各向异性弹性模量的方程,得到横波速度及横波衰减,对比分析相对渗透率及分形维数的变化对横波速度和横波衰减的影响.根据算例结果可知,在不同频率下,相对渗透率对横波速度和横波衰减的影响程度不同,在中频时最大.引入不同的相对渗透率模型,能在中频时观察到其对横波速度和衰减的不同影响.