微米尺度下潤濕性影響的滲流特征研究.pdf

1、石油作為一個(gè)國家不可或缺的能源、經(jīng)濟(jì)動(dòng)脈是人們一直熱切關(guān)注的話題。國內(nèi)現(xiàn)階段油藏開采現(xiàn)狀為高、中滲透油藏的開發(fā)已進(jìn)入中晚期，產(chǎn)量出現(xiàn)總體遞減現(xiàn)象。低、特低油藏的開發(fā)成為近幾年油田開發(fā)的重要方向。同時(shí)，隨著微電子機(jī)械系統(tǒng)的興起和發(fā)展，微尺度下流體流動(dòng)理論在各個(gè)領(lǐng)域，如醫(yī)學(xué)、航天航空、微機(jī)械器件制造等方面的巨大應(yīng)用潛力。使得微尺度下流體流動(dòng)的研究日益受到重視，關(guān)于微納米尺度的低滲透理論與實(shí)驗(yàn)研究顯得尤為重要。
　　本論文以分子動(dòng)力學(xué)與

2、流體力學(xué)為基礎(chǔ)，結(jié)合流動(dòng)實(shí)驗(yàn)，研究了微米尺度下液體在潤濕性微管及多孔介質(zhì)中流動(dòng)時(shí)存在的壁面滑移現(xiàn)象與啟動(dòng)壓力梯度問題。
　　首先以固定平行平板間的Poiseuille流為研究對(duì)象，利用分子動(dòng)力學(xué)模擬的方法研究了親水性壁面不同通道寬度中滑移長度的特征，對(duì)邊界滑移問題進(jìn)行了詳細(xì)的研究與分析。結(jié)果表明在小剪切率下壁面存在負(fù)滑移，流體在固壁邊界受到黏附力作用。在相同潤濕性下，通道寬度不影響滑移長度的變化，滑移長度只隨壁面附近流體剪切率的變

3、化而變化:滑移長度的絕對(duì)值隨剪切率的增大而減小，當(dāng)剪切率增大到某一值后滑移長度趨于定值。
　　在實(shí)驗(yàn)方面，用去離子水在直徑為15、10微米的親水性微管內(nèi)的流動(dòng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，并與模擬結(jié)果進(jìn)行了比較。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:在低速流動(dòng)下（剪切率較小時(shí)），去離子水在微管內(nèi)流動(dòng)流量與剪切率呈線性關(guān)系，且存在啟動(dòng)壓力梯度，這是由于去離子水在微管內(nèi)流動(dòng)時(shí)的邊界負(fù)滑移造成的，且滑移長度與剪切率呈非線性關(guān)系，隨著剪切率的增大，非線性程度逐漸減弱，實(shí)驗(yàn)值趨

4、近于某一穩(wěn)定值。這一實(shí)驗(yàn)結(jié)論與分子動(dòng)力學(xué)模擬結(jié)果定性上吻合性很好，表明了流體在潤濕的微管內(nèi)流動(dòng)時(shí)，邊界存在負(fù)滑移，固壁邊界附近存在不流動(dòng)的黏附層，這也是液體在低滲透多孔介質(zhì)中流動(dòng)時(shí)存在啟動(dòng)壓力梯度的原因。另外，我們通過曲線擬合得到去離子水在15μm、10μm微管內(nèi)流動(dòng)時(shí)滑移長度與剪切率的關(guān)系，擬合曲線基本滿足y=y0+AeBx的指數(shù)函數(shù)形式，表明去離子水在兩種不同寬度親水性通道中流動(dòng)時(shí)，滑移長度隨著剪切率的變化呈指數(shù)函數(shù)遞減。
　

5、　接著在1.2cm*20cm的填充柱內(nèi)以320目玻璃微珠為填充物，進(jìn)行了多孔介質(zhì)的超純水驅(qū)替實(shí)驗(yàn)。進(jìn)一步證明了多孔介質(zhì)中存在啟動(dòng)壓力梯度。這由于低滲透多孔介質(zhì)的孔隙和喉道多集中于1微米的尺度下造成的微尺度效應(yīng)，因此低滲透多孔介質(zhì)中的啟動(dòng)壓力梯度等現(xiàn)象的本質(zhì)是潤濕性邊界處的負(fù)滑移造成的。
　　最后進(jìn)行了靜態(tài)法測(cè)量啟動(dòng)壓力梯度、動(dòng)態(tài)測(cè)量流動(dòng)情況相結(jié)合的測(cè)量方式，得到了20μm單根微管內(nèi)的整體流動(dòng)情況，我們稱之為全局啟動(dòng)壓力梯度。實(shí)驗(yàn)結(jié)