非牛頓流體和物理化學(xué)滲流推選優(yōu)秀ppt

中國石油大學(xué)（北京）油藏(yóucánɡ)數(shù)值模擬組為什么研究(yánjiū)流變性？流變性實驗(shíyàn)粘彈性本構(gòu)模型驅(qū)替實驗邊界層理論、吸附表征等阻力系數(shù)RF殘余阻力系數(shù)RRF驅(qū)替實驗數(shù)據(jù)回歸滲流特征如何下手？第一頁，共34頁。中國(zhōnɡɡuó)石油大學(xué)（北京）油藏數(shù)值模擬組1.流變性2.滲透率下降系數(shù)3.吸附現(xiàn)象的數(shù)學(xué)描述(miáoshù)4.化學(xué)劑對流、擴散5.相滲曲線6.乳化現(xiàn)象的數(shù)學(xué)描述(miáoshù)化學(xué)(huàxué)驅(qū)滲流需解決的問題第二頁，共34頁。目錄(mùlù)第一節(jié)流變學(xué)基本概念第二節(jié)純黏性液體(yètǐ)的滲流第三節(jié)一維理想擴散(kuòsàn)滲流方程及解第三頁，共34頁。第一節(jié)流變學(xué)基本概念描述流體運動規(guī)律包括兩個方面：連續(xù)的運動方程(fāngchéng)；物體的流變性方程(fāngchéng)（本構(gòu)方程(fāngchéng)）。流變性：物體(wùtǐ)受到外力作用發(fā)生流動和變形的性質(zhì)。本構(gòu)方程：表示剪切力和剪切速度關(guān)系的方程。流體有兩種類型(lèixíng)的流變狀態(tài)方程：速率型積分型一、基本概念第四頁，共34頁。第一節(jié)流變學(xué)基本概念流體(liútǐ)非牛頓流體牛頓流體純黏性的非牛頓流體（黃原(huánɡyuán)膠）黏彈性(tánxìng)的非牛頓流體（聚丙烯酰胺）流體的簡單剪切流中，應(yīng)力張量可以用3個獨立函數(shù)表示切應(yīng)力第一法向應(yīng)力差第二法向應(yīng)力差其中法向應(yīng)力函數(shù)描述了流體的彈性。第五頁，共34頁。第一節(jié)流變學(xué)基本概念流變(liúbiàn)曲線0塑性流體擬塑性流體膨脹性流體牛頓流體二、純粘性流體流變(liúbiàn)特性塑性(sùxìng)流體擬塑性流體膨脹性流體與剪切速率有關(guān)：與時間有關(guān)：觸變性流體震凝性流體0震凝性流體牛頓流體觸變性流體第六頁，共34頁。第一節(jié)流變學(xué)基本概念三、粘彈性流體流變(liúbiàn)特性粘彈性流體(liútǐ)：既具有流體(liútǐ)的粘性特征，又具有固體的彈性特征。0xy0xy特征存在第一(dìyī)方向應(yīng)力差：粘彈性流體非牛頓流體所具有的彈性和純固性的彈性有所不同，表現(xiàn)為緩慢且微弱的蠕變，測量具有較大困難。第七頁，共34頁。聚合物溶液為高分子溶液，具有(jùyǒu)黏性和彈性雙重特性，在剪切流動中，不僅其黏度函數(shù)與剪切持續(xù)時間有關(guān)，而且還存在法向應(yīng)力差，由于法向應(yīng)力差的存在產(chǎn)生許多特殊的流動現(xiàn)象。威森伯格效應(yīng)射流脹大和彈性(tánxìng)回復(fù)無管虹吸連滴效應(yīng)同心環(huán)空軸向流彈性(tánxìng)不穩(wěn)定流動減阻、湯姆斯效應(yīng)收縮口流動和滲流孔壓力誤差液流反彈第一節(jié)流變學(xué)基本概念第八頁，共34頁。第三節(jié)物理化學(xué)滲流基本現(xiàn)象第二節(jié)純黏性液體(yètǐ)的滲流更簡單地，連虹吸管也不要，將裝滿該流體的燒杯微傾，使流體流下，這過程一旦開始，就不會中止，直至杯中流體都流光。在x>0處C(x,t)<0.第二節(jié)純黏性液體(yètǐ)的滲流乳化現(xiàn)象的數(shù)學(xué)描述(miáoshù)得到(dédào)混合帶的半長為流體有兩種類型(lèixíng)的流變狀態(tài)方程：特征存在第一(dìyī)方向應(yīng)力差：C=0（x>0,t=0）第一節(jié)流變學(xué)基本概念①威森伯格效應(yīng)(xiàoyìng)a.牛頓流體(liútǐ)b.黏彈流體(liútǐ)低分子流體：軸棒附近的流體因受離心力將被向外推，杯中心臨近的液面下降。高分子流體：流體趨向中心，攀軸而上。即使在很低的轉(zhuǎn)速(zhuànsù)下，爬桿現(xiàn)象也十分顯著。軸旋轉(zhuǎn)越快，流體上爬越高。第一節(jié)流變學(xué)基本概念第九頁，共34頁。②射流脹大和彈性(tánxìng)回復(fù)牛頓流體的射流直徑De幾乎相等圓管直徑D；黏彈流體的射流直徑De卻大于D，呈脹大形狀。脹大比：射流直徑與圓管直徑之比De/D，它是流速(liúsù)和管長的函數(shù)。某些高分子聚合物溶液的脹大比可達3-4。彈性回復(fù)：當突然停止擠出，并剪斷擠出物，擠出物發(fā)生回縮。這是未松弛的法向應(yīng)力促使流線收縮的結(jié)果。a.牛頓流體(liútǐ)b.黏彈流體(liútǐ)第一節(jié)流變學(xué)基本概念第十頁，共34頁。③無管虹吸現(xiàn)象(hóngxī-xiànxiàng)a.牛頓流體(liútǐ)b.黏彈流體(liútǐ)牛頓流體：在虹吸實驗中，當虹吸管提離液面，虹吸就停止了。高分子液體：把虹吸管提起很高，液體還是源源不斷(yuányuánbùduàn)地從杯上抽起（無管虹吸）。更簡單地，連虹吸管也不要，將裝滿該流體的燒杯微傾，使流體流下，這過程一旦開始，就不會中止，直至杯中流體都流光。第一節(jié)流變學(xué)基本概念第十一頁，共34頁。第二節(jié)純黏性液體(yètǐ)的滲流一、塑性流體(liútǐ)徑向穩(wěn)定滲流0塑性流體擬塑性流體膨脹性流體得積分(jīfēn)得產(chǎn)量公式第十二頁，共34頁。第二節(jié)純黏性液體(yètǐ)的滲流二、塑性(sùxìng)流體徑向不穩(wěn)定滲流在流動區(qū)域(qūyù)r<R(t)中，近似解為：外邊界條件內(nèi)邊界條件第十三頁，共34頁。第二節(jié)純黏性液體(yètǐ)的滲流對于恒定(héngdìng)產(chǎn)量Q得到(dédào)：根據(jù)定義代入，整理第十四頁，共34頁。第二節(jié)純黏性液體(yètǐ)的滲流井底壓力(yālì)：由于對于(duìyú)當較小時，存在當較大時，存在第十五頁，共34頁。第二節(jié)純黏性液體(yètǐ)的滲流三、擬塑性(sùxìng)流體的穩(wěn)定滲流第十六頁，共34頁。第二節(jié)純黏性液體(yètǐ)的滲流四、擬塑性(sùxìng)流體的不穩(wěn)定滲流假設(shè)(jiǎshè)條件：油層等厚均質(zhì)；徑向流；系統(tǒng)壓縮系數(shù)為常數(shù)；忽略重力；壓降很?。涣黧w為冪律流體；等效剪切速率與滲流速度關(guān)系：第十七頁，共34頁。第二節(jié)純黏性液體(yètǐ)的滲流連續(xù)性方程(fāngchéng)：運動(yùndòng)方程：冪律流體黏度方程：等效剪切速率與滲流速度關(guān)系：第十八頁，共34頁。第二節(jié)純黏性液體(yètǐ)的滲流代入得展開(zhǎnkāi)，得第十九頁，共34頁。第二節(jié)純黏性液體(yètǐ)的滲流當CL很小，且徑向(jìnɡxiànɡ)壓力梯度很小時：得由第二十頁，共34頁。第二節(jié)純黏性液體(yètǐ)的滲流代入上式，得擬塑性(sùxìng)流體滲流方程第二十一頁，共34頁。第二節(jié)純黏性液體(yètǐ)的滲流無因次形式(xíngshì)無因次壓力(yālì)無因次時間無因次距離無因次邊界距離無因次探測距離無因次滲流方程第二十二頁，共34頁。第二節(jié)純黏性液體(yètǐ)的滲流定解條件(tiáojiàn)初始條件內(nèi)邊界條件外邊界條件任一點、任一時刻(shíkè)的無因次壓力其中第二十三頁，共34頁。第二節(jié)純黏性液體(yètǐ)的滲流井底(jǐnɡdǐ)處的無因次壓力當tD較大(jiàodà)時，，簡化為取對數(shù)第二十四頁，共34頁。第三節(jié)物理化學(xué)(wùlǐhuàxué)滲流基本現(xiàn)象一、多孔介質(zhì)中的擴散(kuòsàn)現(xiàn)象彌散的現(xiàn)象:滲流過程中，多種組分相互混合時，異組分物質(zhì)在出現(xiàn)濃度差異時，濃度變化并不是完全按照達西定律的現(xiàn)象。在孔隙介質(zhì)中的彌散理象由兩種擴散現(xiàn)象構(gòu)成：一種是分子擴散：存在濃度梯度，導(dǎo)致依靠(yīkào)分子熱運動擴散。一種是對流擴散，又稱為機械擴散：由于孔隙微觀結(jié)構(gòu)的不均勻性和其中的流動本身帶有非均勻性和分散性引起的第二十五頁，共34頁。擴散(kuòsàn)速度u可以由費克定律(Fick)表達在考慮擴散和對流傳(liúchuán)質(zhì)的情況下，一維滲流、某一組分的連續(xù)性方程無因次化應(yīng)用(yìngyòng)了滲流速度v、只有在它是常數(shù)時，方程式才是線性的并容易求解。在v不是常數(shù)時，就很難用解析方法求解。第三節(jié)物理化學(xué)滲流基本現(xiàn)象第二十六頁，共34頁。二、一維理想擴散(kuòsàn)滲流方程及解在一維滲流情況下，帶有擴散(kuòsàn)傳質(zhì)的滲流過程中，組分的連續(xù)性方程考慮到Fick擴散(kuòsàn)定律第一項表示的是某一流動單元中濃度的上升速度，稱為累積相第二項表示的由液體流動而帶出的濃度的變化，稱為對流相右端相則是由擴散引起的濃度變化，稱為擴散項第三節(jié)物理化學(xué)滲流基本現(xiàn)象第二十七頁，共34頁。C=C1（C<0,t=0）C=0（x>0,t=0）C(∞,t)=0C（-∞,t）=C1邊界條件通過(tōngguò)變量替換:得到(dédào):帶入基本(jīběn)方程第三節(jié)物理化學(xué)滲流基本現(xiàn)象第二十八頁，共34頁。初始條件：時，；而當時，只存在(cúnzài)擴散作用時，v=0:此方程(fāngchéng)的自模解為或者(huòzhě)第三節(jié)物理化學(xué)滲流基本現(xiàn)象第二十九頁，共34頁。0.5C1是一固定點：當x=0時，該點的濃度(nóngdù)在任何時刻均為0.5C1在x<0處，C>0.5C1并趨近于1；在x>0處C(x,t)<0.5C1并趨近于零。t3>t2>t2

評價不同時刻濃度剖面的分布:在x=0處切線(qiēxiàn)，以2L0表示為溶液中該組分混合帶的長度。此為近似方法，也有其他方法。第三節(jié)物理化學(xué)滲流基本(jīběn)現(xiàn)象第三十頁，共34頁。存在(cúnzài)：切線(qiēxiàn)方程得到(dédào)混合帶的半長為對于：第三節(jié)物理化學(xué)滲流基本現(xiàn)象第三十一頁，共34頁。應(yīng)用(yìngyòng)了滲流速度v、只有在它是常數(shù)時，方程式才是線性的并容易求解。第二節(jié)純黏性液體(yètǐ)的滲流①威森伯格效應(yīng)(xiàoyìng)黏彈性(tánxìng)的非牛頓流體（聚丙烯酰胺）等效剪切速率與滲流速度關(guān)系：聚合物溶液為高分子溶液，具有(jùyǒu)黏性和彈性雙重特性，在剪切流動中，不僅其黏度函數(shù)與剪切持續(xù)時間有關(guān)，而且還存在法向應(yīng)力差，由于法向應(yīng)力差的存在產(chǎn)生許多特殊的流動現(xiàn)象。一種是對流擴散，又稱為機械擴散：由于孔隙微觀結(jié)構(gòu)的不均勻性和其中的流動本身帶有非均勻性和分散性引起的特征存在第一(dìyī)方向應(yīng)力差：在x=0處切線(qiēxiàn)，以2L0表示為溶液中該組分混合帶的長度。而當時，井底(jǐnɡdǐ)處的無因次壓力經(jīng)過一段時間后，即隨t增大，擴散(kuòsàn)速度比對流速度越來越小。牛頓流體(liútǐ)b.說明(shuōmíng)濃度點向前移動了，設(shè)此距離為L0.流體有兩種類型(lèixíng)的流變狀態(tài)方程：等效剪切速率與滲流速度關(guān)系：對于，無對流(duìliú)解存在流動相，因此0.5C1的在即說明(shuōmíng)濃度點向前移動了，設(shè)此距離為L0.5過渡帶半長度與前沿距離之比:經(jīng)過一段時間后，即隨t增大，擴散(kuòsàn)速度比對流速度越來越小。對于室內(nèi)實驗，若減小擴散(kuòsàn)影響，需增大佩克列數(shù)。第三節(jié)物理化學(xué)滲流基本現(xiàn)象第三十二頁，共34頁。由擴散(kuòsàn)劑組成的長度為L的活性段塞在均質(zhì)流體滲流過程中的運動問題。初始時刻：擴散(kuòsàn)劑恒定的濃度C0（-L<x<0），而在其他地方濃度為零即：