裂缝型多孔介质渗流特性的分形分析
[Abstract]:Fractured porous media is a dual medium composed of matrix pores and fracture networks embedded in matrix. The spatial distribution of pores and fractures is random and disordered. Such porous media exists widely in nature, such as rock layers containing oil and gas, underground water resources and geothermal resources, dry soil, human and animal tissues and organs, plants and so on. The study of its percolation characteristics is of great significance to the location of reservoir, the storage of nuclear fuel, the exploitation of fossil resources, the exploitation of groundwater resources, the treatment of pollution, and the treatment of tumor. However, due to the random and disordered orientation of pores and fractures in fractured porous media, the percolation channel is complicated, which brings great difficulties to the researchers until now. The microscopic mechanism of fluid transport in its interior is still unclear. In the 1980s, the appearance of fractal geometry theory, one of the nonlinear sciences, provides us with a rare opportunity to study the fluid transport law in the random distribution of pores and fractures. It has been found that the scale of pore and fracture network in the matrix material satisfies the fractal characteristics. Based on the fractal theory of porous media, a fractal fracture network model is established, and the seepage characteristics of fractal fracture network, matrix pores and fractured porous media are studied. The main work of this paper is one of the research hotspots in the cross field of theoretical physics, geophysics and complexity science. The main work is as follows: the fractal porous media theory is extended to the fracture network, and the fractal fracture network theory is established, and then, based on the fractal fracture network theory, the fractal model of the surface density of the fracture network is proposed. The structural parameters of the fracture network such as fractal dimension, porosity and so on are connected, and the results of the two-dimensional fracture network numerical model are verified by using the self-avoidance random walk method. The permeability model of Newtonian fluid in fractal fracture network is put forward, which is in good agreement with experimental data. Finally, the fractal permeability model of shale gas in fracture network is proposed. The influence of fracture micro parameters on slip flow and continuous flow permeability is analyzed, and the correctness of the model is verified by experiments. The porosity, porosity and fracture size of the matrix and fracture network in the dual medium of fracture and pore have important influence on the permeability. Based on the theory of fractal porous media and fractal fracture network, the percolation characteristics of fractured porous media are studied, and the correctness of the model is verified by comparing with the experimental results. It is found that the relative size of the maximum pore diameter of matrix and the maximum length of fracture are the main factors determining the percolation characteristics. Spherical percolation is a common flow mode in the process of oil and gas reservoir production. The capillary pressure effect is considered in this paper. According to the theory of fractal porous media, the analytical expressions of phase permeability of single-phase flow and two-phase flow in porous media are obtained. The effect of capillary pressure on the phase permeability is discussed in detail. The prediction of the model is in agreement with the experimental results, and the correctness of the model is verified. Based on the fractal porous media theory, the common and complex slug flow is also studied, and a two-phase slug flow model in a single straight capillary tube is proposed. The gas-liquid coupling capillary pressure is considered in the study. The permeability model of slug flow in porous media formed in straight capillary tube is obtained. The model prediction in this paper is in good agreement with the experimental data, which shows that our model is correct, and the microscopic parameters of slug flow, such as capillary number, are discussed. The effect of coupled capillary pressure and the dynamic viscosity coefficient of gas-liquid phase on permeability.
【学位授予单位】:华中科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TE312
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,本文编号:2256561
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