頁(yè)巖是一種典型的天然多孔介質(zhì),內(nèi)部存在著隨機(jī)無(wú)序的微納米尺度孔隙以及天然或人工宏觀尺度的流動(dòng)空間裂縫,開(kāi)發(fā)過(guò)程涉及到多尺度效應(yīng)及流固耦合等難題,使得頁(yè)巖氣在頁(yè)巖內(nèi)的流動(dòng)與傳熱過(guò)程變得非常復(fù)雜。本文在對(duì)頁(yè)巖多孔介質(zhì)簡(jiǎn)化的基礎(chǔ)上從宏觀和微觀角度深入研究頁(yè)巖氣的流動(dòng)傳熱特性,以期能夠較為全面認(rèn)識(shí)頁(yè)巖氣在巖層中的流動(dòng)傳熱過(guò)程,為頁(yè)巖氣的開(kāi)發(fā)提供必要的理論支持和技術(shù)保證。首先,通過(guò)Matlab語(yǔ)言編程軟件采用格子Boltzmann模型對(duì)頁(yè)巖氣在突擴(kuò)和連續(xù)擴(kuò)張兩種變截面通道內(nèi)的流動(dòng)與傳熱微觀特性進(jìn)行了研究,結(jié)果表明發(fā)生連續(xù)擴(kuò)張的通道內(nèi)中心線上流體速度及溫度梯度均大于發(fā)生突擴(kuò)通道內(nèi)的流體流動(dòng)速度及溫度梯度,這表明其能量消耗大,開(kāi)發(fā)過(guò)程難度偏高。對(duì)突擴(kuò)通道而言,其截面擴(kuò)張系數(shù)及努森數(shù)對(duì)氣體流動(dòng)傳熱特性的影響較大,截面擴(kuò)張系數(shù)越大頁(yè)巖氣藏開(kāi)發(fā)難度越高。然后,采用CFD數(shù)值模擬研究頁(yè)巖氣在并聯(lián)連通通道中的流動(dòng)傳熱特性,探索變角度情況下通道內(nèi)的流動(dòng)傳熱特點(diǎn)。研究表明隨著連通通道偏轉(zhuǎn)角度的增加,通道中的氣體流速在不斷減小,平均溫度呈緩慢上升的趨勢(shì),但總體變化不大;選取典型的偏轉(zhuǎn)角度為30°時(shí)不同流動(dòng)壓差對(duì)頁(yè)巖... 

【文章來(lái)源】：西安石油大學(xué)陜西省

【文章頁(yè)數(shù)】：70 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

多孔介質(zhì)的分類多孔介質(zhì)內(nèi)部孔隙通道連通方式多樣，有些是直接連通的，有些只有一部分相互連

2圖1-1多孔介質(zhì)的分類多孔介質(zhì)內(nèi)部孔隙通道連通方式多樣，有些是直接連通的，有些只有一部分相互連通，而有些部分沒(méi)有連通；多孔介質(zhì)孔隙通道具有跨尺度性，從納米級(jí)到毫米級(jí)不等，因此研究流體在其間的流動(dòng)時(shí)，必須要考慮到孔隙尺寸對(duì)于氣體流動(dòng)的影響，就微小通道而言，必須將分子之間的作用力考慮進(jìn)去，而通道尺寸稍大時(shí)，分之間的作用力就可以適當(dāng)?shù)暮雎缘�，一般將其看作是存在于固體內(nèi)部的洞穴來(lái)處理。歸因于所構(gòu)成多孔介質(zhì)固體骨架分布結(jié)構(gòu)以及材料的不同，多孔介質(zhì)內(nèi)部不同區(qū)域在不同方向上所具有的性質(zhì)大不不同。通常將多孔介質(zhì)分為各向同性的多孔介質(zhì)（如圖1-2（a）所示）和各向異性的多孔介質(zhì)（如圖1-2（b）所示）。在現(xiàn)實(shí)生活中各向同性的多孔介質(zhì)通常是不存在的，但是在理論分析和研究的過(guò)程中，為了方便的計(jì)算以及對(duì)所研究問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)化，一般在研究過(guò)程中視多孔介質(zhì)為各向同性材料。圖1-2各向同性多孔介質(zhì)和各向異性多孔介質(zhì)（a）各向同性多孔介質(zhì)；（b）各向異性多孔介質(zhì)根據(jù)多孔介質(zhì)內(nèi)流體干濕度的不同，又將多孔介質(zhì)分為干飽和多孔介質(zhì)（如圖1-3（a）所示）、含濕飽和多孔介質(zhì)（如圖1-3（b）所示）以及含濕非飽和多孔介質(zhì)（如圖1-3（c）所示）三種。通常在討論多孔介質(zhì)中流動(dòng)過(guò)程時(shí)，將干飽和多孔介質(zhì)與含濕飽和多孔介質(zhì)這兩種狀態(tài)下的多孔介質(zhì)看作是單相流來(lái)處理相關(guān)的傳熱傳質(zhì)問(wèn)題；處理含濕非飽和多孔介質(zhì)中流體流動(dòng)時(shí)，通常需要將流體的相變考慮進(jìn)去，因此在處理含濕非飽和多孔介質(zhì)中的流動(dòng)和傳熱問(wèn)題時(shí)需要按多相流來(lái)處理。

3圖1-3飽和多孔介質(zhì)和非飽和多孔介質(zhì)（a）干飽和狀態(tài)；（b）含濕飽和狀態(tài)；（c）含濕非飽和狀態(tài)。1.2.2多孔介質(zhì)的基本參數(shù)a.孔隙度孔隙度（porosity)是多孔介質(zhì)孔隙體積與其總體積的比值，表達(dá)式為：100%VVε=×孔隙多孔（1-1）式中，V孔隙表示多孔介質(zhì)內(nèi)孔隙體積；V多孔表示多孔介質(zhì)總體積。多孔介質(zhì)孔隙度大小對(duì)于其內(nèi)部流體流動(dòng)傳熱特性具有非常明顯的影響。何順[1]等人就我國(guó)川東南丁山地區(qū)的五峰—龍馬溪組頁(yè)巖儲(chǔ)層特征進(jìn)行了深入的研究分析，結(jié)果表明頁(yè)巖儲(chǔ)層的孔隙度主要處于1.8%到5.34%之間，其中頁(yè)巖的最低孔隙度只有1%，最大孔隙度為6.93%。b.多孔介質(zhì)的慣性阻力系數(shù)慣性阻力系數(shù)一般用Cf來(lái)表示，是多孔介質(zhì)內(nèi)部流體流動(dòng)慣性阻力與其加速度之比。對(duì)于多孔介質(zhì)的慣性阻力系數(shù)國(guó)內(nèi)外有很多學(xué)者通過(guò)試驗(yàn)和分析的方法給出不同的Cf的經(jīng)驗(yàn)公式。其中著名的克澤尼-卡門方程[2]表達(dá)式為：1.51.75150fCε=（1-2）式中，ε表示多孔介質(zhì)孔隙度。c.有效導(dǎo)熱系數(shù)為了方便對(duì)多孔介質(zhì)的有效導(dǎo)熱系數(shù)進(jìn)行定義，將多孔介質(zhì)材料看作是普通的固體材料來(lái)處理，由于多孔介質(zhì)的有效導(dǎo)熱系數(shù)受到該多孔介質(zhì)孔隙結(jié)構(gòu)的影響很大，通常情況下用于表示多孔介質(zhì)的有效導(dǎo)熱系數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式與孔隙度呈一定的函數(shù)關(guān)系。用來(lái)定義多孔介質(zhì)的有效導(dǎo)熱系數(shù)有很多的經(jīng)驗(yàn)公式，常用的經(jīng)驗(yàn)公式表示為：(1)sfλ=ελ+ελ（1-3）式中，λs表示多孔介質(zhì)中的固體相導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m.K)；λf表示多孔介質(zhì)內(nèi)的流體相導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m.K)。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]川東南丁山地區(qū)五峰—龍馬溪組頁(yè)巖儲(chǔ)層特征及影響因素[J]. 何順,秦啟榮,范存輝,周吉羚,鐘城,黃為.  油氣藏評(píng)價(jià)與開(kāi)發(fā). 2019(04)
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[3]基于格子Boltzmann方法的飽和土壤滲流與傳熱數(shù)值模擬[J]. 李素芬,薛福.  熱科學(xué)與技術(shù). 2015(06)
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博士論文
[1]基于格子Boltzmann方法的頁(yè)巖氣微觀流動(dòng)機(jī)理研究[D]. 任俊杰.西南石油大學(xué) 2015
[2]基于孔隙尺度的多孔介質(zhì)流動(dòng)與傳熱機(jī)理研究[D]. 趙凱.南京理工大學(xué) 2010

碩士論文
[1]頁(yè)巖氣在變截面納米孔道中的流動(dòng)機(jī)理研究[D]. 李向哲.中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2018
[2]基于格子Boltzmann方法的頁(yè)巖氣藏微觀滲流機(jī)理研究[D]. 符東宇.西南石油大學(xué) 2017
[3]多孔介質(zhì)內(nèi)單相流動(dòng)與傳熱的格子Boltzmann數(shù)值研究[D]. 林濤.中國(guó)石油大學(xué)(華東) 2016
[4]分形多孔介質(zhì)內(nèi)導(dǎo)熱與流動(dòng)數(shù)值模擬研究[D]. 王唯威.中國(guó)科學(xué)院研究生院（工程熱物理研究所） 2006



本文編號(hào)：3017818