复杂通道内流体微流动的LBM法模拟研究
发布时间：2022-11-06 15:57
复杂通道内的单相流体及两相流体微流动现象普遍存在于自然界和工业领域,是能源、化工、环境等学科的基础现象。以宏-微结合思想开展此现象的数值计算,同时兼具微观考察流动细节及宏观计算整体渗流参数的双向优势。而易于处理复杂边界的格子Boltzmann法在此研究中应用广泛且潜力巨大,但实际应用中,关于复杂通道的精确提取、尺寸大小的合理确定、流动模型的正确选择、微观力的有效耦合及求解技术的高效实现等方面仍有较多困难,鉴于此本论文开展如下研究:本论文中以Micro-CT扫描实验获取的砂岩介质灰度图像为基础,利用相应图像处理算法准确重构并随机提取出两通道模型,结合等效转换算法详细表征其复杂程度。基于单松弛度等温不可压缩标准LBM算法,以C++编程方式研究了两种尺寸REV模型内不同压力梯度条件下的单相流体微流动计算,微观考察了孔道空间内流速及压力分布特征,结合达西公式宏观计算出模型整体绝对渗透率值,与室内实验测取值进行了对比验证。结果表明,综合CT扫描技术与LBM法的表征单元体孔道单相微流动计算同时具有可视化表征微观流动细节和有效测取宏观渗透率值的优势。基于“方滴趋圆”模拟计算验证了稳定液滴内外压差与半...
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
创新点摘要
第一章 绪论
1.1 课题研究背景
1.1.1 渗流与流动
1.1.2 微观渗流
1.1.3 微观驱替
1.2 国内外研究现状
1.2.1 数字岩心三维重构
1.2.2 微尺度流动的数值计算
1.3 研究目的及意义
1.4 论文主要研究内容及技术路线
1.4.1 主要研究内容
1.4.2 技术路线
第二章 复杂通道构建及分析
2.1 CT扫描实验
2.1.1 实验设备
2.1.2 扫描样品
2.1.3 扫描结果
2.2 三维图像重构
2.2.1 CT图像滤波处理
2.2.2 CT图像分割处理
2.2.3 表征单元体分析
2.3 复杂通道的提取与表征
2.3.1 通道的精确提取
2.3.2 通道尺寸的详细表征
2.4 本章小结
第三章 格子Boltzmann方法基本理论
3.1 连续Boltzmann方程
3.2 格子Boltzmann方程
3.2.1 格子单位
3.2.2 Boltzmann-BGK
3.2.3 Lattice-Boltzmann-BGK
3.2.4 基本格子模型
3.2.5 宏观参数计算
3.3 MCMP-LBM方法
3.3.1 SC-LBM模型
3.3.2 微观作用力
3.4 常用边界处理格式
3.4.1 反弹边界
3.4.2 周期边界
3.4.3 Zou-He边界
3.5 复杂流动的LBM实现
3.5.1 LBM的C++编程
3.5.2 编程流程
3.6 本章小结
第四章 复杂通道单相流动模拟研究
4.1 模拟参数确定
4.1.1 实际流动参数
4.1.2 模拟参数
4.2 三维复杂流道内流体流动
4.2.1 边界条件
4.2.2 微观流动细节分析
4.2.3 宏观参数计算
4.3 本章小结
第五章 复杂通道两相流动模拟研究
5.1 模拟参数确定
5.1.1 界面张力的微观表征
5.1.2 润湿性的微观表征
5.2 二维复杂通道内流体驱替
5.2.1 模型生成
5.2.2 边界条件
5.2.3 粘度比为1的微观驱替
5.2.4 粘度比为0.5的中湿驱替
5.3 三维复杂通道内流体驱替
5.3.1 边界条件
5.3.2 计算停止条件
5.3.3 计算结果分析
5.4 计算效率定性分析
5.5 本章小结
结论
参考文献
发表文章目录
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]现代油气渗流力学体系及其发展趋势[J]. 姚军,孙海,李爱芬,杨永飞,黄朝琴,王月英,张磊,寇建龙,谢昊君,赵建林,严侠,张庆福,任晓霞,韩文成,刘丕养,朱光普,宋文辉,隋宏光,安森友,王振,刘文正,张旭,李正. 科学通报. 2018(04)
[2]低渗砂岩储层数字岩心构建及渗流模拟[J]. 刘洋,王春生,孙启冀,梁超,陈达,王鑫. 断块油气田. 2017(06)
[3]格子玻尔兹曼方法在多相流中的应用[J]. 张建民,何小泷. 水动力学研究与进展（A辑）. 2017(05)
[4]基于数字岩心技术研究低渗砂岩渗流特征[J]. 王春生,刘洋,孙启冀,张凯,梁超. 物探化探计算技术. 2017(04)
[5]复杂微通道内非混相驱替过程的格子Boltzmann方法[J]. 臧晨强,娄钦. 物理学报. 2017(13)
[6]利用格子Boltzmann方法确定岩石孔隙空间中的气水分布[J]. 李兴文,姜黎明,寇晓攀,罗菊兰,解辽博,金仁高. 西安石油大学学报(自然科学版). 2017(03)
[7]基于数字岩心的低渗透储层微观渗流机理研究[J]. 王平全,陶鹏,刘建仪,黄丽莎. 非常规油气. 2016(06)
[8]相分离过程的离散Boltzmann方法研究进展[J]. 许爱国,张广财,甘延标. 力学与实践. 2016(04)
[9]基于格子Boltzmann方法的油水两相流动规律[J]. 吴子森,董平川,雷刚,杨书,曹耐,李玉丹. 断块油气田. 2016(03)
[10]基于格子Boltzmann方法的3D数字岩心渗流特征分析[J]. 张思勤,汪志明,洪凯,程青松,曾泉树,赵岩龙,郭肖. 测井技术. 2016(01)
博士论文
[1]煤岩粗糙裂隙结构渗流性质的实验与LBM模拟研究[D]. 张钦刚.中国矿业大学(北京) 2016
[2]多相流动格子Boltzmann方法研究[D]. 胡安杰.重庆大学 2015
[3]基于低渗透储层的三维数字岩心建模及应用[D]. 屈乐.西北大学 2014
[4]低渗砂岩储层孔隙结构表征及应用研究[D]. 朱洪林.西南石油大学 2014
[5]岩石孔隙结构三维重构及微细观渗流的数值模拟研究[D]. 王金波.中国矿业大学（北京） 2014
[6]微通道内气液两相界面动力学的格子Boltzmann方法研究[D]. 娄钦.华中科技大学 2013
[7]基于数字岩心储层渗透率模型研究[D]. 闫国亮.中国石油大学（华东） 2013
[8]低渗透砂岩油层微流动机理研究[D]. 杜新龙.西南石油大学 2012
[9]基于数字岩心的天然气储层岩石声电特性数值模拟研究[D]. 姜黎明.中国石油大学（华东） 2012
[10]多孔介质中流动的格子Boltzmann模拟[D]. 张云.中国石油大学 2011
硕士论文
[1]基于X-CT扫描技术的水驱油渗流机理研究[D]. 王智琦.西南石油大学 2017
[2]基于LBM和数字岩心的页岩基质渗透率计算研究[D]. 张珺瑶.东北石油大学 2016
[3]基于Micro-CT图像的数字岩心孔隙级网络建模研究[D]. 王冬欣.吉林大学 2015
[4]饱和多孔介质介观尺度孔隙流的Lattice Boltzmann模拟[D]. 雷长征.南京大学 2015
[5]微观水驱油网络模拟研究[D]. 任奕明.西南石油大学 2014
[6]基于CT技术的数字岩心重构及其应用研究[D]. 徐湖山.大连理工大学 2014
[7]基于格子Boltzmann方法的二维多孔介质渗流研究[D]. 邓平平.大连理工大学 2014
本文编号：3703788
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
创新点摘要
第一章 绪论
1.1 课题研究背景
1.1.1 渗流与流动
1.1.2 微观渗流
1.1.3 微观驱替
1.2 国内外研究现状
1.2.1 数字岩心三维重构
1.2.2 微尺度流动的数值计算
1.3 研究目的及意义
1.4 论文主要研究内容及技术路线
1.4.1 主要研究内容
1.4.2 技术路线
第二章 复杂通道构建及分析
2.1 CT扫描实验
2.1.1 实验设备
2.1.2 扫描样品
2.1.3 扫描结果
2.2 三维图像重构
2.2.1 CT图像滤波处理
2.2.2 CT图像分割处理
2.2.3 表征单元体分析
2.3 复杂通道的提取与表征
2.3.1 通道的精确提取
2.3.2 通道尺寸的详细表征
2.4 本章小结
第三章 格子Boltzmann方法基本理论
3.1 连续Boltzmann方程
3.2 格子Boltzmann方程
3.2.1 格子单位
3.2.2 Boltzmann-BGK
3.2.3 Lattice-Boltzmann-BGK
3.2.4 基本格子模型
3.2.5 宏观参数计算
3.3 MCMP-LBM方法
3.3.1 SC-LBM模型
3.3.2 微观作用力
3.4 常用边界处理格式
3.4.1 反弹边界
3.4.2 周期边界
3.4.3 Zou-He边界
3.5 复杂流动的LBM实现
3.5.1 LBM的C++编程
3.5.2 编程流程
3.6 本章小结
第四章 复杂通道单相流动模拟研究
4.1 模拟参数确定
4.1.1 实际流动参数
4.1.2 模拟参数
4.2 三维复杂流道内流体流动
4.2.1 边界条件
4.2.2 微观流动细节分析
4.2.3 宏观参数计算
4.3 本章小结
第五章 复杂通道两相流动模拟研究
5.1 模拟参数确定
5.1.1 界面张力的微观表征
5.1.2 润湿性的微观表征
5.2 二维复杂通道内流体驱替
5.2.1 模型生成
5.2.2 边界条件
5.2.3 粘度比为1的微观驱替
5.2.4 粘度比为0.5的中湿驱替
5.3 三维复杂通道内流体驱替
5.3.1 边界条件
5.3.2 计算停止条件
5.3.3 计算结果分析
5.4 计算效率定性分析
5.5 本章小结
结论
参考文献
发表文章目录
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]现代油气渗流力学体系及其发展趋势[J]. 姚军,孙海,李爱芬,杨永飞,黄朝琴,王月英,张磊,寇建龙,谢昊君,赵建林,严侠,张庆福,任晓霞,韩文成,刘丕养,朱光普,宋文辉,隋宏光,安森友,王振,刘文正,张旭,李正. 科学通报. 2018(04)
[2]低渗砂岩储层数字岩心构建及渗流模拟[J]. 刘洋,王春生,孙启冀,梁超,陈达,王鑫. 断块油气田. 2017(06)
[3]格子玻尔兹曼方法在多相流中的应用[J]. 张建民,何小泷. 水动力学研究与进展（A辑）. 2017(05)
[4]基于数字岩心技术研究低渗砂岩渗流特征[J]. 王春生,刘洋,孙启冀,张凯,梁超. 物探化探计算技术. 2017(04)
[5]复杂微通道内非混相驱替过程的格子Boltzmann方法[J]. 臧晨强,娄钦. 物理学报. 2017(13)
[6]利用格子Boltzmann方法确定岩石孔隙空间中的气水分布[J]. 李兴文,姜黎明,寇晓攀,罗菊兰,解辽博,金仁高. 西安石油大学学报(自然科学版). 2017(03)
[7]基于数字岩心的低渗透储层微观渗流机理研究[J]. 王平全,陶鹏,刘建仪,黄丽莎. 非常规油气. 2016(06)
[8]相分离过程的离散Boltzmann方法研究进展[J]. 许爱国,张广财,甘延标. 力学与实践. 2016(04)
[9]基于格子Boltzmann方法的油水两相流动规律[J]. 吴子森,董平川,雷刚,杨书,曹耐,李玉丹. 断块油气田. 2016(03)
[10]基于格子Boltzmann方法的3D数字岩心渗流特征分析[J]. 张思勤,汪志明,洪凯,程青松,曾泉树,赵岩龙,郭肖. 测井技术. 2016(01)
博士论文
[1]煤岩粗糙裂隙结构渗流性质的实验与LBM模拟研究[D]. 张钦刚.中国矿业大学(北京) 2016
[2]多相流动格子Boltzmann方法研究[D]. 胡安杰.重庆大学 2015
[3]基于低渗透储层的三维数字岩心建模及应用[D]. 屈乐.西北大学 2014
[4]低渗砂岩储层孔隙结构表征及应用研究[D]. 朱洪林.西南石油大学 2014
[5]岩石孔隙结构三维重构及微细观渗流的数值模拟研究[D]. 王金波.中国矿业大学（北京） 2014
[6]微通道内气液两相界面动力学的格子Boltzmann方法研究[D]. 娄钦.华中科技大学 2013
[7]基于数字岩心储层渗透率模型研究[D]. 闫国亮.中国石油大学（华东） 2013
[8]低渗透砂岩油层微流动机理研究[D]. 杜新龙.西南石油大学 2012
[9]基于数字岩心的天然气储层岩石声电特性数值模拟研究[D]. 姜黎明.中国石油大学（华东） 2012
[10]多孔介质中流动的格子Boltzmann模拟[D]. 张云.中国石油大学 2011
硕士论文
[1]基于X-CT扫描技术的水驱油渗流机理研究[D]. 王智琦.西南石油大学 2017
[2]基于LBM和数字岩心的页岩基质渗透率计算研究[D]. 张珺瑶.东北石油大学 2016
[3]基于Micro-CT图像的数字岩心孔隙级网络建模研究[D]. 王冬欣.吉林大学 2015
[4]饱和多孔介质介观尺度孔隙流的Lattice Boltzmann模拟[D]. 雷长征.南京大学 2015
[5]微观水驱油网络模拟研究[D]. 任奕明.西南石油大学 2014
[6]基于CT技术的数字岩心重构及其应用研究[D]. 徐湖山.大连理工大学 2014
[7]基于格子Boltzmann方法的二维多孔介质渗流研究[D]. 邓平平.大连理工大学 2014
本文编号：3703788
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