裂隙-孔隙介质细观渗流机理研究
Microscopic Seepage Mechanism Research for Fractured Porous Media
裂隙-孔隙介质是油气、煤层气等储存和运移的主要储渗透介质:对低渗透油气储集岩,孔隙是油气的主要存储空间,裂隙是其主要运移通道;对煤岩,孔隙是煤层气的主要存储空间,裂隙是煤层气运移的通道.因此,油气储集岩及煤岩内裂隙和孔隙的性状及其分布对低渗透油藏的开发和煤层气的开采等有着极其重要的影响.本文在细观尺度上研究了孔隙度、裂隙宽度和裂隙倾角对裂隙-孔隙介质渗透性能的影响,首先建立了具有不同孔隙度、裂隙宽度和裂隙倾角的介质的细观物理模型,然后采用流体力学和渗流力学结合的方法,在COMSOL Multiphysics软件平台上,模拟了不同压力梯度下,介质的等效渗透率随孔隙度、裂隙宽度和裂隙倾角的变化规律,进而建立了以压力梯度、孔隙度、裂隙宽度和裂隙倾角为变量的裂隙-孔隙介质等效渗透率的经验公式;最后,结合真实煤岩的扫描电镜的图片,分析了其细观的空隙、参数,并采用所建立的经验公式计算了其等效渗透率,根据计算渗透率和实验渗透率的对比,对经验公式中的参数进行了标定.论文主要工作和成果归纳如下:(1)通过对裂隙-孔隙介质细观结构的研究,找出了影响裂隙-孔隙介质内流体流动的四个主要因素,建立了裂隙-孔隙介质研究的数学模型.(2)根据基本假设,确定了裂隙系统和孔隙系统中的基本流动方程.由于裂隙是主要的流动通道,而孔隙是主要的存储介质,故裂隙系统中的控制方程是Navier-Stokes方程,孔隙系统中的控制方程为Darcy定律.(3)采用四因素四水平的正交试验方案,讨论对裂隙-孔隙介质内流体流动影响最大的因素,找出裂隙-孔隙介质数学模拟中的稳定水平值,提高模型计算数据的准确性.(4)通过对四个不同影响因素的变化,借助大型有限元分析软件COMSOL Multiphysics,得出了流过不同裂隙-孔隙介质的流量,通过达西定律的换算,求出不同的渗透率,从而得出了每一个影响因素与等效渗透率的关系,最后考虑综合的影响,得出了等效渗透率与其中三个影响因素之间的拟合方程.(5)通过对扫描电镜图片的分析和处理,将处理后的图片导入COMSOL Multiphysics中,得出了真实的裂隙-孔隙介质模型,通过对模型的求解,对理想状态下模型计算出的公式进行了修正,使理论研究更接近于实际.
- 作者：
- 贺瑶瑶
- 学位授予单位：
- 武汉工业学院
- 专业名称：
- 岩土工程
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2010年
- 导师姓名：
- 刘建军
- 中图分类号：
- P618.13
- 关键词：
- 裂隙-孔隙介质；等效渗透率；细观渗流；数值模拟
- fractured porous media；equivalent permeability；microscopic seepage；numerical simulation