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嵌有类分形树状分叉网络的多孔介质中非牛顿流体渗流特性研究

王世芳  
【摘要】:裂缝型多孔介质广泛存在于土壤、地下水资源、油气藏资源、矿产资源、材料科学与工程、农副产品、食品和医药品干燥、植物、动物和人体及其脏器等领域。近年来,随着大量裂缝性油、气田的发现和开发,用树状分叉网络来近似多孔介质中的裂缝,并以此来研究裂缝—孔隙双孔隙率(双重)介质的输运特性已成为热点科学问题。通常,油气藏可以看成是由一些随机分布的毛细管(多孔介质)和孔隙率不同于母体介质的裂缝网络组成,这样它们就形成了所谓的双孔隙率型、双重介质。多孔介质的孔隙度和渗透特性受颗粒几何形状、大小及其空间分布、孔隙连通性的影响;母体多孔介质的孔隙度比裂缝系统的孔隙度高,但它的渗透率却比裂缝网络渗透率低,前者主要起储集流体的作用,后者起着主要流动通道的作用。本文主要研究这种双孔隙率型、双重介质的流动特性。研究结果能够为一些工程应用领域,如石油工程、环境工程、化学与岩土工程等提供一定的理论指导。 本文共分六章。第一章综述了多孔介质、类分形树状分叉网络和非牛顿流体的研究背景及相关的理论;第二章基于幂律流体满足的广义达西定律和直毛细管模型,提出了幂律流体在类分形树状分叉网络中渗透率的分形模型;第三章研究了毛细压差对嵌套“点到线”型类分形树状分叉网络的双孔隙率复合介质渗流特性的影响,我们提出的相对渗透率的分形模型与实验数据相比较,两者吻合的较好;第四章提出了Bingham流体在嵌套单个类分形树状分叉网络的多孔介质中启动压力梯度的分形模型,给出了启动压力梯度的分形解析表达式;第五章内容是基于实际双孔隙率型、双重介质(如油气藏、煤藏、地下水资源和矿产资源等)往往是由无数随机裂缝以及被裂缝任意分割的具有一般孔隙结构的多孔介质组成的思想,进一步研究了Bingham流体在镶嵌随机类分形树状分叉网络的多孔介质中渗流问题,推导出了Bingham流体在由随机类分形树状分叉网络和多孔介质组成的双孔隙率型、双重介质中的渗透率和启动压力梯度的解析表达式;第六章总结了本论文的主要内容和创新点,最后对分形理论在研究双孔隙率型双重介质输运性质中的实际应用前景进行了展望。


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