多孔介质孔隙结构特征及其输运属性分析

发布时间：2017-03-28 07:00

  本文关键词：多孔介质孔隙结构特征及其输运属性分析，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：煤层既是烃源岩又是储集岩,其中煤基质孔隙煤层气的储集场所,而裂隙则是煤层气运移的主要通道,但由于孔隙成因复杂多样,因此导致煤岩微观几何形态异常复杂,这使得煤岩多孔介质表征变得异常困难,为煤层气运移行为的探究增加了难度。数值模拟方法作为一种新的研究手段,相比于实验测试手段,不受环境、尺度等因素影响,在解决复杂孔隙结构流体运移行为模拟上比实验测试手段准确性更好,效率更高。本文采用格子Boltzmann方法作为数值模拟技术及分形几何理论,对煤储层复杂孔隙、裂隙及裂-孔性多孔介质模型进行了数值模拟,并系统分析了多孔介质微观物性参数对其渗透率的影响,取得了如下的一下结论和认识:⑴依据煤岩结构的尺度不变特征及流阻串并联理论,于理论层面推导了物理意义明确的分形孔-渗关系模型,并利用LBM技术验证了其有效性。⑵结合煤岩微观裂隙几何形貌特征,以开度为参考,于统计层面分析了几何形貌对流体运移的影响方式和强度,结果表明:①水文弯曲度同割理端面几何分形维及相对粗糙度之间均存在分段线性关系;②端面曲折率同其绝对粗糙度之间满足线性关系,但同分形维之间同样表现出分段线性相关特征。⑶为了更好的表征真实煤岩多孔介质“低渗高连通”特征,本文提出了一种采用均质泰森多边形迭代法模拟煤岩多孔介质;在此基础上又提出了一种体现真实煤岩多孔介质复杂性及随机性的非均质泰森多边形法,并初步分析裂-孔性多孔介质中物性参数对渗透率的影响。
【关键词】：多孔介质 煤储层 格子Boltzmann方法 低渗高连通 泰森多边形
【学位授予单位】：河南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P618.13
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1.绪论10-20
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 国内外研究现状11-17
• 1.2.1 煤储层孔隙及裂隙的研究现状11-14
• 1.2.2 煤储层输运属性研究现状14-16
• 1.2.3 新兴数值方法16-17
• 1.3 存在的主要问题17-18
• 1.4 研究内容及技术路线18-20
• 1.4.1 研究内容18
• 1.4.2 技术路线18-20
• 2.多孔介质输运属性及数值模拟技术20-30
• 2.1 格子Blotzmann（LBM）方法20-29
• 2.1.1 LBM基本原理21-22
• 2.1.2 DnQb格子模型22-25
• 2.1.3 格子系统与物理系统之间的转换原理25-26
• 2.1.4 LBM边界条件26-29
• 2.2 小结29-30
• 3.多孔介质分形特征及物性参数分析30-44
• 3.1 多孔介质基本渗流理论30-31
• 3.2 多孔介质分形特征31-33
• 3.3 多孔介质模型构建及比表面积的计算33-35
• 3.3.1 多孔介质模型的构建33
• 3.3.2 多孔介质比表面积计算33-35
• 3.4 形多孔介质流阻的计算35-36
• 3.5 结果分析36-43
• 3.6 结论43-44
• 4.煤储层粗糙裂隙中煤层气输运属性分析44-56
• 4.1 理论和方法44-47
• 4.1.1 割理端面几何特征及其分形描述44-46
• 4.1.2 粗糙割理中煤层气运移的LBM模拟46-47
• 4.2 理论模型推导及数值分析47-53
• 4.2.1 耦合曲折效应的裂 渗关系47-48
• 4.2.2 数值模拟结果与分析48-53
• 4.3 结论53-56
• 5.裂-孔性多孔介质表征及输运属性影响因素分析56-78
• 5.1 均值泰森多边形原理及方法56-58
• 5.1.1 泰森多边形法（Voronoi）基本原理56-57
• 5.1.2 二元多孔介质模型的构建过程57-58
• 5.2 二元多孔介质模型有效性验证58-64
• 5.2.1 分形维有效性验证61-62
• 5.2.2 孔隙度有效性验证62-64
• 5.3 结果分析64-68
• 5.3.1 多孔介质模型表征64-65
• 5.3.2 LBM模拟及单因素分析65-68
• 5.4 非均值泰森多边形法68-75
• 5.4.1 构建方法69-70
• 5.4.2 多孔介质尺度的确定70-75
• 5.5 结论75-78
• 6.总结与展望78-82
• 6.1 主要研究成果及结论78-79
• 6.2 创新点79
• 6.3 存在的不足及未来工作展望79-82
• 参考文献82-88
• 作者简历88-90
• 学位论文数据集90

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