耦合基质-天然裂缝渗流机理的页岩气表观渗透率

页岩储层微纳米孔隙、天然裂缝发育,不同类型孔隙中气体赋存状态和传输机理各异.本文在对天然裂缝定量表征的基础上,兼顾页岩气渗流特征和实际工程应用需要,综合考虑页岩岩芯孔-缝发育特征,基于渗透率串-并联模型建立耦合基质微纳米孔隙气体滑脱效应、扩散效应和天然裂缝渗流特征的页岩气表观渗透率模型,利用四川盆地牛蹄塘组天然裂缝发育的页岩岩样对理论模型进行验证.研究结果表明,该渗透率模型即能高度拟合天然页岩岩芯渗透率实验测量结果,又准确描述了岩芯内部基质孔隙和天然裂缝共同渗流的特点,更加符合实际渗流情况.总之,本文建立的页岩天然裂缝定量表征方法和综合考虑微纳米孔隙、天然裂缝渗流特征的表观渗透率模型不仅为页岩气藏复杂裂缝网络建模提供了一种新的手段,而且进一步推动了复杂缝网页岩气藏数值模拟研究工程应用的实现.     

页岩纳米孔吸附气表面扩散机理和数学模型

页岩富含纳米孔,且吸附气占总气量可高达85%,因此页岩气表面扩散对气体传输具有重要的作用.页岩气藏压力高,页岩表面能量非均质性强,吸附气非等温解吸附等,均加剧了吸附气表面扩散模拟的复杂性.基于低压条件下推导的Hwang模型,考虑高压条件下吸附气覆盖度的影响,建立了页岩吸附气表面扩散模型.同时,该模型还考虑了页岩表面能量非均质性、等量吸附热和非等温解吸附对表面扩散的影响.研究表明:1)表面扩散系数随压力的增大而增大,随温度的升高而增大,随表面活化能的减小而增大,随气体分子量的减小而增大;2)黏性流动、努森扩散和表面扩散对气体传输的贡献是此消彼长的,主要受孔隙尺度和压力的控制;3)表面扩散在微孔(半径2 nm)中,对气体传输贡献大,可高达92.95%;在宏孔(半径50 nm)中,贡献低于4.39%,可忽略;在介孔(2半径50 nm)中,表面扩散的贡献介于微孔和宏孔之间.     

考虑水蒸气压力的平衡水页岩等温吸附

基于改进的容积法等温吸附实验装置,分别测量了甲烷在干燥、平衡水条件下的页岩等温吸附曲线,实验温度为303.15,323.15和353.15 K,实验最高压力达20 MPa,实验数据采用修正的Langmuir方程进行拟合.在开展平衡水页岩吸附实验时,考虑了水蒸气压力,认为实验气体为甲烷与水蒸气混合气体,重新计算了混合气体中甲烷吸附量,并从吸附热力学角度阐述考虑水蒸气压力的意义,最后在地层条件下讨论了水蒸气压力对页岩吸附的影响.结果表明,考虑/未考虑水蒸气压力的平衡水页岩Langmuir最大吸附量分别为0.053和0.039 mmol/g,未考虑水蒸气压力的甲烷吸附量被低估26.4%.干燥页岩的等量吸附热为11.6 k J/mol,考虑与不考虑水蒸气压力的平衡水页岩等量吸附热分别为10.7和12.3 k J/mol,由于水分优先吸附于能量较高的吸附位,在水分存在情况下,平衡水页岩对甲烷的等量吸附热应该小于干燥页岩,因此,经水蒸气压力校正后的等量吸附热更加符合热力学一致性.在地层条件下,水蒸气压力对页岩吸附的影响分为两个阶段:(1)浅埋藏阶段(地层深度小于700 m),此阶段由压力梯度主导,压力梯度越大,水蒸气压力对吸附的影响越大;(2)深埋藏阶段(地层深度大于700 m),此阶段由压力梯度和温度梯度同时控制,压力梯度越大,温度梯度越小,水蒸气压力对吸附的影响越大.     

气体压强对超音速气雾化中气体流场的影响

气体雾化技术可以制备一系列高性能超细球形金属粉末．利用计算流体动力学软件Fluent模拟了雾化气体压强（P0）对超音速气雾化喷嘴气体流场的影响,以及对流场中心线上压强、速度等变化的影响规律．研究结果表明：随着P0的增大,流场内气流达到的最大速度逐渐增加;当雾化气体压强较小时,抽吸压强（△P）随雾化气体压强增大而减小;而当雾化气体压强达到某一临界值时,△P才随雾化气体压强增大而增大;抽吸压强的变化与雾化室中心线上滞止压强和马赫碟位置的变化相一致,滞点位置对抽吸压强的作用不大：导液管顶端径向分布的静压强存在一个压强梯度,并且随着雾化气体压强的增加而增大．     

气体压力对聚酰亚胺泡沫导热性能的影响

为了研究低压下聚酰亚胺泡沫材料的导热系数与压力的关系,利用瞬态热线法,在不同高度(即不同压力)下,测量不同密度软质聚酰亚胺泡沫材料的导热系数。通过实验发现,聚酰亚胺的导热系数随着压力的降低而降低,且密度越小降低越多。恢复常压后再次测量,导热系数的值较之前减少。由于聚酰亚胺泡沫材料的此种特性,在工程应用中应该区别对待。     

常温常压下煤对N_2、CO_2气体的吸附实验研究

为更准确地模拟煤储层条件,设计了常温常压下煤吸附气体的实验方案,采用自制吸附反应釜和SP-3400型气相色谱仪,研究大样量(5kg)塔山矿、同忻矿和高海矿煤样吸附N_2和CO_2气体的能力,并计算各煤样不同吸附平衡时间下对此两种气体的吸附量,发现煤样对CO_2气体的吸附量均远远大于对N_2的吸附量,而对同种气体的吸附量虽然有所不同,但差值并不大。最后,根据实验结果分别计算了塔山矿、同忻矿和高海矿1g遗煤可吸附N_2和CO_2气体的量,探讨了将N_2和CO_2注入采空区后实现对CO_2气体封存的可行性。     

温度对煤吸附瓦斯特性影响的实验研究

为了研究温度对煤吸附瓦斯特性的影响对于深部高温瓦斯矿井进行通风设计及煤层气资源评价的指导意义,利用瓦斯吸附装置,对不同煤样进行不同温度下吸附等温线及吸附常数的测定。实验表明：吸附常数b与温度T较好的符合负指数关系;而随着温度的升高,吸附常数a值变化不大,可以认为是某一恒定值。     

生物炭对土壤中农药的吸附-解吸行为和生物有效性的影响综述

生物炭是生物质在缺氧条件下热解产生的一种多孔富炭物质,由于其巨大的比表面积和表面理化性质,生物炭对水土环境介质中的有机污染物有较强的吸附能力。本文说明了生物炭的施用对土壤中农药吸附-解吸行为以及生物有效性的影响;由于自身疏松多孔、比表面积和表面能较大等性质,以及高度芳香化结构使其能够强烈的吸附土壤中残留的农药污染物;并且使解吸滞后现象增强,减少农药的解吸量。另外,生物炭的施用减弱了土壤中农药的生物有效性及药效。同时,总结了目前在生物炭对在农药迁移机理的影响与其在农药污染控制中的应用研究中存在的不足之处,提出需要解决的主要科学问题。最后,对生物炭在农药污染控制中的应用前景进行了展望。     

膜换湿过程吸附热对传热过程的影响分析

对膜换湿过程中吸附热对传热过程的影响进行了理论研究,建立了考虑吸附热的传热过程的数学物理模型．通过分析得到了一个控制吸附热对膜过程中传热影响的无量纲数ψ=JLλ／δ（T10-T20）,并分析了ψ对换热过程的影响．结果表明：温度梯度与传质方向相同时,有效热流方向会在ψ=1时发生变化．ψ〈1时,热量将由高温侧向低温侧传递,此时传质通量越大或两侧温差越小,总热阻就越大;而ψ〉1时,热质传递的综合效果是有效热流由低温侧向高温侧传递,此时传质通量越大或两侧温差越小,总热阻就越小．而传热方向与传质方向相反时,吸附热的存在会强化热量由高温侧向低温侧的传递,使得总热阻减小．传质通量J越大或温差越小,总热阻也就越小．     

气体状态模型对离心式制冷压缩机性能及流动模拟的影响

对以R134a为工质的离心式制冷压缩机级内部流动进行三维CFD分析,其中工质的物性的确定分别采用恒比热容完全气体模型、变比热容完全气体模型和利用实际气体物性表插值方法．CFD的分析结果表明所采用的气体模型对CFD预测的压缩机的级性能和级内部流动结构有着重要的影响．在离心式制冷压缩机级中工质的热力学状态偏离完全气体状态较远,但利用对气体常数进行修正的完全气体状态方程并计及比热容随温度的变化能够对压缩机级性能进行一定精度的预测．但为了准确预测级内基本流动参数、揭示级内的流动结构,需要考虑实际气体的影响,利用实际气体的状态方程或者物性表准确的确定工质的物性．     

气体模型对火星进入器边界层特征参数及转捩预测的影响研究

湍流转捩是影响飞行器热环境的重要因素,本文针对火星进入器进入过程中面临的边界层转捩问题,建立了基于转捩准则的光滑/粗糙壁面火星大气边界层转捩预测方法,分析了气体模型以及壁面温度约束对边界层特征参数及进入器转捩特性的影响,给出了一个典型火星进入器外形在光滑壁面及粗糙壁面条件下的转捩特性.研究结果表明,二氧化碳的离解反应及...     

基于数字岩心和LBM的页岩气流固耦合数值模拟

页岩具有很强的压力敏感性,围压和孔压的变化会改变页岩孔隙的大小,从而对页岩气的流动规律产生影响,利用数字岩心结合格子Boltzmann方法(lattice Boltzmann method,LBM)来研究页岩气微观渗流规律得到越来越多学者的重视.本文建立了应力条件下的数字岩心应力应变模型和页岩气渗流LBM模型,研究了应力对页岩气渗流的影响规律.研究结果表明:有机质中的纳米孔隙对应力更加敏感,随应力变化的程度相比矿物骨架孔隙更大,从而影响页岩气在纳米孔隙中的解吸和扩散;孔压对各渗流机理的影响要比围压的影响大,是因为孔压的变化不仅影响了孔隙的尺寸还影响了气体的平均分子自由程;当平均孔压从17 MPa降低到5 MPa时,解吸的气体量和通过扩散流动的气体量占总气体流量的比例不断增加,分别增加了2%和1.9%,而通过滑脱流动的气体量占总气体流量的比例不断减少,减少了3.8%.利用应力条件下的数字岩心和格子Boltzmann方法可以更精确地模拟页岩气在储层中的流动规律,更好地理解页岩气的产出机理.     

孔隙和裂缝分形油藏的瞬态压力分析

研究了孔隙与裂缝分形油藏中流体的流动．通过引进流动路径长度的微分关系式和单位横截面面积得出分形渗透率、孔隙度和渗流速度三个基本公式．阐明了分形孔隙介质与分形裂缝介质中渗透率和孔隙度表达式的区别．建立起分形油藏中单相流体渗流的压力扩散方程,给出相关方程的解,绘制了用于瞬态压力分析的典型曲线．讨论了孔隙分形油藏和裂缝分形油藏试井解释的方法和步骤．对于多维各向异性分形介质,在直角坐标和圆柱坐标系中也给出了相应的渗流压力扩散方程．对分形油气藏勘探和开发具有重要意义．     

高坝工程总溶解气体过饱和影响的原型观测

高坝泄水对环境的不利影响之一是会产生总溶解气体（TDG）过饱和,导致鱼类患气泡病甚至死亡.本文通过对紫坪铺、三峡、二滩、漫湾、大朝山、龚嘴和铜街子等工程的观测,探讨了影响高坝工程过饱和TDG生成与释放过程的主要因素.其中,消能方式、泄洪流量与泄水建筑物的布置是影响过饱和TDG生成的主要因素,发电尾水的掺混作用可有效降低坝下TDG过饱和度,而支流汇入、水深、紊动是影响TDG过饱和沿程释放的重要因素.观测结果还表明泄水期间TDG过饱和度垂向、横向分布存在规律.研究对积累高坝TDG原型观测经验,评价其对环境的影响具有重要意义,可为TDG过饱和问题的理论研究提供基础数据和参考依据.     

MD 模拟研究带静电ACF 对甲醇的吸附

为了探索静电荷在极性分子的物理吸附过程中的控制作用, 对甲醇在带静电荷的活性炭纤维(ACF)纳米孔中的吸/脱附情况进行了分子动力学(MD)模拟研究. 在引入静电荷的中孔ACF/甲醇吸附系统中, 从模拟结果可以观测到孔内的甲醇分子扩散到吸附位的时间缩短、吸附冷凝的准液态甲醇密度增大、甲醇分子的空间排列有取向性、达到吸附平衡时系统能量显著降低等特殊现象, 表明了静电荷增强了中孔ACF 对甲醇分子的吸附作用, 使吸附强度、稳定性和有序性有所提高, 能够提高吸附容量和加快吸附速率. 系统达到吸附平衡后再消除静电荷, 升温至60℃左右进行模拟, 可以观察到比较明显的脱附趋势.     

脉冲电流对Al-Mg合金力学性能和断口的影响

研究了高能量密度0.150 J/mm~3和低能量密度0.105 J/mm~3下,不同脉冲电流参数对铝合金流动应力和伸长率的影响.铝合金在相同的能量密度下产生的温度一致,由此探讨了电辅助成形中的非焦耳热效应.结果表明:脉冲电流的引入能够降低铝合金的最大应力值,提高伸长率.相同能量密度下,随着脉冲电流密度的增加,最大应力值保持不变,但是脉冲电流引起的瞬时应力下降值增加,且伸长率显著增加.通过应力回复模型,准确预测出脉冲电流引起的应力下降值.高能量密度下试样拉伸后的断口韧窝数量变少,并且随着脉冲电流密度的增加,断口韧窝数量减少直至消失,断口伸长率的提高也正是脉冲电流抑制了空洞的形核和长大所致.     

变参数对HCCI燃烧和排放的影响

为了进一步了解代用燃料乙醇在HCCI燃烧中的应用,结合动力学软件CHEMKIN建立了乙醇燃烧的化学动力学模型,对进气温度、压缩比、进气压力对HCCI燃烧的影响进行了模拟,对HCCI的排放特性进行了分析。结果表明：HCCI燃烧明显受化学反应动力学控制,对进气温度变化反应敏感。进气温度对气缸内的温度和排放的影响显著;但是进气温度升高后CO的摩尔分数的最大值减小。转速对缸内温度的影响不明显;随着压缩比增大着火提前,压缩比对气缸内的最高温度和排放影响显著。     

内编队中残余气体对内卫星的干扰分析和计算

在内编队系统中,内卫星在外卫星的封闭腔体内自由飞行,其轨道是纯引力轨道.由于腔体内温度的不均匀和内卫星与腔体的相对运动,腔体内的残余气体对内卫星产生干扰作用.本文基于自由分子流理论推导了残余气体分子对内卫星的干扰作用表达式,包含了辐射计效应、气体阻尼作用.同时,对腔体和内卫星构成的系统进行传热分析,得到了腔体内壁和内卫星表面的温度分布;对内编队保持控制进行仿真,得到了内卫星的相对运动速度.根据较为真实的温度分布和相对运动速度,计算了内卫星受到的残余气体作用力.计算结果表明,在内编队当前设计下,辐射计效应量级为1011ms2,气体阻尼量级为1015ms2,残余气体的干扰作用主要表现为辐射计效应.     

基于叠加数字岩心和孔隙网络模型的页岩基质储层孔隙空间表征方法

针对页岩样品基岩既包含无机孔隙,又包含有机孔隙的特点,本文建立了能同时描述两类孔隙的数字岩心和孔隙网络模型.首先基于模拟退火法和马尔可夫链蒙特卡罗法分别构建了无机孔隙数字岩心和有机孔隙数字岩心,然后按照一定算法叠加两个数字岩心,重构出了既包含无机孔隙信息又包含有机孔隙信息的叠加数字岩心;对构建的表征不同孔隙类型的数字岩心,分别提取其孔隙网络模型,按照二者之间的连接信息,将两个孔隙网络模型整合到一起,建立了既包含无机孔隙信息又包含有机孔隙信息的双孔隙网络模型;最后基于两大平台,分析了页岩样品的几何拓扑结构性质,孔隙半径分布和配位数与实验结果拟合程度较好,验证了构建方法和数值分析方法的正确性.