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多孔介质孔隙结构模型及其在渗流分析中的应用

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太原理工大学学报 2022年第3期53卷 360-370页

作者：胡黎明林丹彤张鹏伟张兴昊郭豪豪 Jay N Meegoda 董晓强清华大学水利水电工程系水沙科学与水利水电工程国家重点实验室北京100084 北京交通大学土木建筑工程学院北京100044 新泽西理工学院土木与环境工程系美国新泽西07102 太原理工大学土木工程学院太原030024

对目前常用的孔隙结构模型进行了总结,将目前常用的模型分为孔隙重构模型、孔隙网络模型、等效孔隙网络模型3个类别,对上述3种模型的概念、建立方法以及在渗流分析方面的应用进行了介绍。从孔隙重构模型到孔隙网络模型再到等效孔隙网络... 详细信息

对目前常用的孔隙结构模型进行了总结,将目前常用的模型分为孔隙重构模型、孔隙网络模型、等效孔隙网络模型3个类别,对上述3种模型的概念、建立方法以及在渗流分析方面的应用进行了介绍。从孔隙重构模型到孔隙网络模型再到等效孔隙网络模型,其对多孔介质孔隙结构的描述由真实性向等效性发展,而其计算效率则显著提高。基于孔隙结构模型已有研究针对渗流过程展开了大量的计算分析工作,研究表明孔隙结构模型能够较好反映多孔介质孔隙结构对渗流过程的影响,揭示渗流和物质输移过程孔隙尺度物理机理,在环境岩土工程及能源岩土工程等多个领域具有广泛的应用前景。未来孔隙结构模型研究将集中于基于孔隙结构模型建立宏微观行为的联系、基于孔隙结构统计参数建立更具普适意义的模型等方面。

关键词：多孔介质孔隙结构模型等效孔隙网络模型渗流溶质运移胶体运移

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基于岩土介质三维孔隙结构的两相流模型

岩土工程学报 2020年第1期42卷 37-45页

作者：张鹏伟胡黎明 Jay N Meegoda Michael A Celia 清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室北京100084 北京交通大学北京100044 新泽西理工学院美国07102 普林斯顿大学美国08544

地下储层中岩土介质一般具有较低的孔隙连通性,宏观流动模拟一般忽略微观尺度的孔隙连通性,通过渗透率、弯曲度等参数反映储层的整体特性。但岩土介质的多孔性及孔隙间复杂的连通性,使得宏观描述流体在岩土介质中流动不能反映其内在流... 详细信息

地下储层中岩土介质一般具有较低的孔隙连通性,宏观流动模拟一般忽略微观尺度的孔隙连通性,通过渗透率、弯曲度等参数反映储层的整体特性。但岩土介质的多孔性及孔隙间复杂的连通性,使得宏观描述流体在岩土介质中流动不能反映其内在流动特征。孔隙结构模型的建立可以反映岩土介质中孔隙的几何形态及空间连通性,为解释流体在复杂多孔介质中的流动特性提供有效手段。通过考虑岩土介质孔隙尺寸分布、孔隙孔喉空间相关性、孔隙连通性等特征参数,建立了反映不同岩土介质连通性、各向异性特征的等效孔隙网络模型。等效孔隙网络模型通过水力特征参数等效的方式反映岩土介质三维微观孔隙结构,通过渗透率计算验证了模型的有效性。此外,基于建立的孔隙结构模型,开发了孔隙尺度动态两相流计算模型,模型可以反映孔隙内弯液面的动态运动过程,直观反映多孔介质中的优势渗流,可以为不同孔隙尺度岩土介质提供表观渗透率、击穿曲线、相对渗透率曲线等宏观计算参数。将孔隙尺度两相流模型应用于页岩气开采中水力阻滞特性研究,结果表明:页岩基质的残余饱和度约为30%,随着平均配位数的增加,残余饱和度显著降低。

关键词：两相流等效孔隙网络模型相对渗透率页岩气优势渗流

鄂尔多斯盆地低阶煤孔隙空间拓扑结构定量表征

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煤炭工程 2021年第3期53卷 129-134页

作者：车禹恒中煤科工集团重庆研究院有限公司重庆400037 瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室重庆400037

通过X-rayμCT三维重构的煤微观孔隙结构极其复杂,等效孔隙网络模型能从拓扑学的角度简化其空间网络结构。为了使用该方法定量表征煤微观孔隙空间结构,对鄂尔多斯盆地低阶煤进行X-rayμCT扫描,重建煤孔隙微观空间结构模型,构建PNM空间... 详细信息

通过X-rayμCT三维重构的煤微观孔隙结构极其复杂,等效孔隙网络模型能从拓扑学的角度简化其空间网络结构。为了使用该方法定量表征煤微观孔隙空间结构,对鄂尔多斯盆地低阶煤进行X-rayμCT扫描,重建煤孔隙微观空间结构模型,构建PNM空间拓扑结构,分析其孔隙和喉道的结构特征。结果表明:羊场湾褐煤内部发育有体积较大的微裂隙,斜沟气煤内部微裂隙较少,但孔隙数量多、体积大、均质性高。羊场湾褐煤体积大于0.25μm^(3)的孔隙占23%,半径0.1~0.7μm的孔隙占比超过90%,配位数均值7,喉道等效半径和长度均值分别为0.13μm和1.69μm。而斜沟气煤孔隙体积主要分布在0~0.06μm^(3),等效半径主要分布在0.11~0.26μm,配位数均值4,喉道等效半径和长度均值分别为0.09μm和0.63μm。羊场湾褐煤孔隙体积更大,连通性更强,且喉道更宽、更长,是其渗透性能强的本质原因。

关键词：低阶煤煤微观孔隙等效孔隙网络模型拓扑结构

基于micro-CT扫描的孔裂隙结构表征及渗流模拟

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煤矿安全 2021年第8期52卷 15-20页

作者：元永国王瑞范楠辽源职业技术学院资源工程系吉林辽源136201 辽宁工程技术大学矿业学院辽宁阜新123000

以羊场湾不粘煤为研究对象,基于micro-CT扫描实验和Avizo处理软件,对煤中孔裂隙、矿物质以及煤基质进行精确提取与分割,并通过三维重构技术,得到了连通孔裂隙模型;在此基础上,进一步建立了具有孔裂隙形态学拓扑结构的等效孔隙网络模型,... 详细信息

以羊场湾不粘煤为研究对象,基于micro-CT扫描实验和Avizo处理软件,对煤中孔裂隙、矿物质以及煤基质进行精确提取与分割,并通过三维重构技术,得到了连通孔裂隙模型;在此基础上,进一步建立了具有孔裂隙形态学拓扑结构的等效孔隙网络模型,统计分析了煤中孔喉结构参数,包括孔隙半径、孔隙体积、喉道半径、喉道长度以及配位数;基于孔隙尺度的渗流模拟,实现了孔裂隙空间单相水的可视化渗流过程,并计算了3个方向的绝对渗透率。研究结果表明:羊场湾不粘煤中以片状孔隙群和大尺度互相垂直的裂隙发育为主,平均孔隙半径和喉道半径分别为106、27.79μm,平均配位数为3.45;在单相水渗流过程中,孔裂隙空间内的渗流速度明显高于流入流出端,3个方向的渗透率表现出明显的各向异性,其中y方向的绝对渗透率数值最大,x方向的渗透率最小。

关键词：微观结构等效孔隙网络模型孔隙尺度孔喉结构参数绝对渗透率各向异性