基于随机变径毛细管束模型的渗吸-驱替机理分析

针对等直径毛细管束模型的不足,结合分段法推导得到考虑压差及固-液壁面作用的液-液系统下变径毛细管多段式渗吸理论公式,研究不同毛细管几何结构和流体性质的变化对变径毛细管渗吸-驱替的影响,并通过Python编制随机变径毛细管束模型,建立基于该模型的采出程度及含水率计算方法。结果表明:压差的增大导致变径毛细管段间渗吸速度差异减小,变径毛细管渗吸-驱替具有方向性;基于随机变径毛细管束模型计算的采出程度及含水率与实验真实岩心驱替数据符合较好,且渗吸作用对总采出程度的贡献量达19.97%。

考虑表面扩散作用的页岩气瞬态流动模型

针对甲烷气在页岩孔隙中的流动规律问题,建立了考虑孔内扩散、孔壁表面扩散、黏性滑脱流动和气体解吸附等多种流动机理的瞬态流动毛管束模型,并采用有限差分法的三层隐式差分格式离散控制方程对模型进行了数值求解。该模型考虑了"表面扩散"和吸附层对气体滑脱速度的影响,其预测产气量高于以往模型预测值。实例计算结果表明,孔壁表面扩散是页岩孔隙中不可忽略的传质方式,且表面扩散通量对总流动通量的贡献随孔径减小而增强,孔径小于5 nm孔隙中表面扩散通量占总流动通量百分比可超过50%;黏性流动通量所占百分比随孔径增大而增加,孔径大于50 nm孔隙中黏性流动通量所占百分比接近100%;孔内扩散通量相比于表面扩散通量和黏性流动通量可忽略不计。

高压气体微管流动机理

为了研究微管实验真实的流动情况,将3种管径(10μm、5μm和2μm)的熔融石英微圆管分别以串联、并联的方式,接入自主研发的高压微管夹持器,研究了气体在微管流动过程中的压力分布规律和流量变化特征。实验结果表明:5根相同管径(10μm)微管串联时,入口压力越高,气体压缩效应越显著,压力分布更趋于呈非线性,同时微管末端动能损失和节流效应越明显,这进一步解释了高压条件下气体微管流动偏离经典Hagen-Poiseuille理论的原因,为高压条件下新型气体流量方程的建立提供了理论依据;3根不同管径的微管并联时,管径大的微管是气体主要流动通道,管径小的微管气体几乎不流动,但提高注入压力可使中等管径的导流能力适度增加,同时结合不等径毛管束模型与气体流量方程,可以解释和验证低渗透多孔介质渗流特性机理。