多孔介质微通道内颗粒流动特性数值模拟研究

论文摘要

多孔介质中微细颗粒的流动过程涉及到油气田生产开发的各个方面。储集石油的沉积岩多孔介质中丰富的粘土矿物、砂岩及石英等微细颗粒的存在会影响原油在地层多孔介质裂隙通道内运移的速度和路径,颗粒的沉积也会影响岩石孔隙的孔隙率和渗透率。由于多孔介质的形态多种多样,很难得到标准化的实验结论。因此,本文采用数值模拟的方法对多孔介质中微细颗粒的流动沉积过程进行研究。本文主要应用CFD-DEM方法结合颗粒动理学理论对三维各向异性多孔介质内的颗粒流动特性进行数值模拟研究,并采用Euler方法研究孔隙内流体的流动特性,颗粒相的运动过程由Lagrange方法求解。颗粒动理学用来描述颗粒间的相互作用,流体-颗粒间的相间采用Huilin-Gidaspow模型求解,主要研究了多孔介质孔隙率、椭球状固定颗粒长径比、运移颗粒粒径、流体粘度及流速等参数对颗粒运移沉积的影响,为孔隙内液固两相流的发展及油藏的开发提供理论支持。数值模拟结果表明,在低孔隙率时,颗粒受到堵塞并停留在多孔介质内部。孔隙率的增大延长了颗粒运动轨迹,颗粒不断作往复运动并流出微通道。同时颗粒的停留时间先减小后增大,颗粒拟温度的变化趋势与此相同。大孔隙率下颗粒间接触力、颗粒瞬时轴/径向速度波动减少,且轴向速度大于径向速度。流体注入速度随通道轴向方向逐渐降低。扁长的椭球状固定颗粒孔隙结构会延长微颗粒的停留时间,使得颗粒滞留率增大;同时颗粒波动频率加快,颗粒瞬时速度、接触力和颗粒拟温度均减小。而增大颗粒粒径,颗粒在运动过程中会发生明显的沉积现象,颗粒停留时间和滞留率增大。颗粒脉动速度强度减弱,颗粒接触力、瞬时轴/径向速度和颗粒拟温度减小。随着液体粘度的增加,颗粒轴向速度和颗粒拟温度降低,而平均停留时间和接触力随之增大。颗粒拟温度和接触力随着液相速度的增加而增大,而颗粒停留时间和滞留率减少。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 创新点摘要
• 第一章 绪论
•   1.1 研究背景及意义
•   1.2 多孔介质理论研究
•     1.2.1 多孔介质的定义
•     1.2.2 多孔介质流动模型
•   1.3 微尺度下颗粒流动
•   1.4 异形颗粒流动模拟
•   1.5 液固两相流动模拟方法
•     1.5.1 CFD数值模拟理论
•     1.5.2 DEM方法
•     1.5.3 CFD-DEM方法研究进展
•     1.5.4 液固耦合研究
•     1.5.5 颗粒动理学理论
•   1.6 本文主要研究内容
•   1.7 本章小结
• 第二章 多孔介质颗粒流动数值模拟方法
•   2.1 引言
•   2.2 颗粒碰撞动力学模型
•     2.2.1 颗粒运动控制方程
•     2.2.2 颗粒间碰撞接触力
•   2.3 液相控制方程
•   2.4 液固相间耦合作用
•     2.4.1 液固相间作用力分析
•     2.4.2 液固相间耦合模型
•   2.5 本章小结
• 第三章 不同孔隙结构多孔介质内颗粒流动特性研究
•   3.1 引言
•   3.2 计算模型及边界条件
•   3.3 孔隙率对颗粒流动特性的影响
•     3.3.1 流体网格无关性验证
•     3.3.2 孔隙率对颗粒运动轨迹的影响
•     3.3.3 孔隙率对颗粒停留时间的影响
•     3.3.4 孔隙率对颗粒滞留率的影响
•     3.3.5 孔隙率对颗粒瞬时速度的影响
•     3.3.6 多孔介质内流体速度分布
•     3.3.7 孔隙率对颗粒间接触力的影响
•     3.3.8 孔隙率对颗粒拟温度的影响
•   3.4 长径比对颗粒运动特性的影响
•     3.4.1 长径比对颗粒运动轨迹的影响
•     3.4.2 长径比对颗粒停留时间的影响
•     3.4.3 长径比对颗粒滞留率的影响
•     3.4.4 长径比对颗粒瞬时速度的影响
•     3.4.5 长径比对颗粒间接触力的影响
•     3.4.6 长径比对颗粒拟温度的影响
•   3.5 本章小结
• 第四章 物性参数对多孔介质内颗粒流动特性影响研究
•   4.1 引言
•   4.2 计算参数及边界条件
•   4.3 颗粒粒径对颗粒流动特性的影响
•     4.3.1 颗粒粒径对运动轨迹的影响
•     4.3.2 颗粒粒径对颗粒停留时间的影响
•     4.3.3 颗粒粒径对颗粒滞留率的影响
•     4.3.4 颗粒粒径对颗粒瞬时速度的影响
•     4.3.5 颗粒粒径对颗粒间接触力的影响
•     4.3.6 颗粒粒径对颗粒拟温度的影响
•   4.4 液相粘度对颗粒流动特性的影响
•     4.4.1 液相粘度对颗粒运动轨迹的影响
•     4.4.2 液相粘度对颗粒停留时间的影响
•     4.4.3 液相粘度对颗粒滞留率的影响
•     4.4.4 液相粘度对颗粒速度的影响
•     4.4.5 液相粘度对颗粒间接触力的影响
•     4.4.6 液相粘度对颗粒拟温度的影响
•   4.5 液相速度对颗粒相流动特性的影响
•     4.5.1 液相速度对颗粒运动轨迹的影响
•     4.5.2 液相速度对颗粒停留时间的影响
•     4.5.3 液相速度对颗粒滞留率的影响
•     4.5.4 液相速度对颗粒瞬时速度的影响
•     4.5.5 液相速度对颗粒间接触力的影响
•     4.5.6 液相速度对颗粒拟温度的影响
•   4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 李好婷

导师: 王淑彦

关键词: 多孔介质,微颗粒,计算流体力学,离散单元法,运移沉积

来源: 东北石油大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 数学,数学,石油天然气工业

单位: 东北石油大学

基金: 国家自然科学基金(No.21676051)

分类号: TE319;O241.8

DOI: 10.26995/d.cnki.gdqsc.2019.000665

总页数: 80

文件大小: 6618K

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