基于電場和流場耦合的微孔隙流體流動數值模擬

十閡兒曲八號（華東）CHINAUNIVERSITYOFPETROLEUM本科畢業(yè)設計（論文）題目：基于電場和流場耦合的微孔隙流體流動數值模擬學生姓名：向李平學號：10131402專業(yè)班級：應用物理學10-4班指導教師：王殿生2014年6月20日中國石油大學（華東）本科畢業(yè)設計（論文）中國石油大學（華東）本科畢業(yè)設計（論文）基于電場和流場耦合的微孔隙流體流動數值模擬摘要隨著常規(guī)油氣資源的減少以及日益增長的油氣需求，非常規(guī)的致密儲層油氣資源將成為油氣開采的主要方向。在致密儲層中微孔隙是油氣存儲和滲流的主要通道。在微孔隙中存在著流場、電場兩場耦合作用：通過這些耦合作用可認識微孔隙中油氣滲流的基本特征。本文分析了微孔隙中電場和流場的耦合作用，根據雙電層模型理論，應用電場的Poisson方程和流場的Navier?Stokes方程，建立了電場一流場耦合的數學模型；研究了COMSOLMultiphysics求解數學模型的基本方法；模擬計算了微孔隙中電場和流場相互作用時的電勢分布和流速分布。結果分析表明：飽和NaCl溶液的微孔隙中壁面雙電層電勢分布區(qū)域約為20mn,電勢沿徑向按指數規(guī)律遞減：流體速度越靠近中心軸線越大，沿徑向成二次項關系：外加電場引起的電勢大小沿軸向下降，電勢梯度越來越小：外加電場方向與壓力下降方向一致時，流體速度顯著增大，且外加電場越大速度增加越明顯。研究結果為進一步認識孔隙結構和巖石電性對微孔隙流體流動的影響提供了參考。關鍵詞：微孔隙；流場；電場；雙電層；數值模擬Numericalsimulationoffluidflowinmicro-porebasedon

couplingelectricandflowfieldABSTRACTWiththereductionandthegrowingdemandforconventionaloilandgasresources,unconventionaltiglitreseivoirsofoilandgasresourceswillbethemaindirectionoftheoilandgasexploration,hithedensemicio-poresarethemainreservoirsofoilandgasstorageandflowinthechannel,hitliepresenceofniiaoporesflowfieldelectricfieldcouplingtwo;througlithesecouplingcanunderstandthebasiccharacteristicsofmicioporeshydrocarbonseepage.Tliispaperanalyzesthemicioporeselectricandflowfieldcoupling,electricdoublelayermodelbasedontheory.PoissonequationandNavier-StoKesflowequationsappliedelectricfield,tlieestablishmentofamatliematicalmodeloftheelectricfieldandflowfieldcoupling;studiedCOMSOLMultiphysicsTliebasicmethodforsolvingthemathematicalmodel;simulatethepotentialmicroporeswheninteractingelectricandflowfielddistributionandvelocitydistribution.Theresultsshowedthat:thepotentialofthedoubleelectriclayerwithsaturatedNaClsolution,thedistributionareaofthewallsurfaceofniiaoporesofabout20imi.andthepotentialintheradialdirectionisexponentiallydiminisliing;largerfluidvelocitytheclosertothecentralaxis,andaqiiachaticrelationshipbetweentheradial;thepotentialsizeoftheappliedelectricfieldcausedbythedeclineintheaxialdirection,thepotentialgiadientsmaller;appliedelectricfielddirectionandthepressuredropinthesamedirection,thefluidvelocityincreasedsignificantly,andthegreatertlierateofincreaseoftheappliedelectricfieldismoreobvious.Tofiirtherunderstandtheimpactofthefindingsofporestructureandelectricalpropertiesofrockmicroporefluidflowtoprovideareference.Keywords：Microporosity：Flowfield：Electricfield：Electricdoublelayer：numericalsimulation目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"第1章前言 1\o"CurrentDocument"11研究背景及研究意義 1\o"CurrentDocument"12國內外研究現狀 1\o"CurrentDocument"3研究內容與研究方法 23.1研究內容 2.3.2研究方法與技術路線 3\o"CurrentDocument"4論文結構 3\o"CurrentDocument"第2章 微孔隙中電場和流場耦合作用的基本理論 5\o"CurrentDocument"雙電層的基本原理 51.1微觀機理 512基于Gouy-Chapman模型的雙電層電勢和停電荷密度 6\o"CurrentDocument"微孔隙中電流體的基本運動方程 7221流體運動方程 72.2.2電滲運動方程 7\o"CurrentDocument"23小結 7\o"CurrentDocument"第3章 電場和流場耦合作用下微孔隙流體流動的數值模擬研究 8\o"CurrentDocument"31微孔隙的基本物理模型 8\o"CurrentDocument"3.2電場-流場耦合的數學模型 83.3基于COMSOLMultiphysics的數值模擬方法 9\o"CurrentDocument"34數值模擬結果及分析 1234.1微孔隙中電勢分布特征 1234.2微孔隙中流速分布特征 14\o"CurrentDocument"35小結 16\o"CurrentDocument"第4章結論 17\o"CurrentDocument"致謝 18\o"CurrentDocument"參考文獻 19第1第1章前言參考文獻[1]賈承造，鄒才能,李建忠.中國致密油評價標準、主要類型、基本特征及資源前景[4石油學報2012,33(3):343?350ShawDJ.IiitrodactiontoColloid&SurfaceChemistiy[M].4thed.Oxford:Butterworth?1992FrenkelJ.OntlieIlieoiyofSeismicandSeisinoelectricPhenomenainaMoistSoil[J].JournalofPhysics,1944,111(4):230-241BiotMA.MechanicsofDeformationandAcousticPropagationinPorousMedia[J].JoumalofAppliedPhysics,1962,33:1482-1498RiceCL.WliiteheadR.ElectroicineticFlowinaNarrowCylindricalCapillaryfJ].TlieJournalofPhysicalCheiiiistiy,1965,69(11):4017-4023IshidoT,HitosliiMizutani.ExperimentalandTlieoreticalBasisofElectroKineticPhenomenainRock-WaterSystemsandItsApplicationstoGeophysics[J]JournalofGeophysicalReseaech,1981,86(B3):1763-1775LorneB,PerrierF.AvouacJP.StreamingPotentialmeasurements1.Propertiesoftheelectricaldoublelayerfiomaushedsamples[J]JoumalofGeophysicalResearch,1999,104(BS):17857-17877[8]周成當，朱世和,雙相孔隙介質中動電效應定量研究[J].測井技術,1999,23(6):411-415[9]房文靜，關繼騰，王殿生.用毛管電動?水動力學模型研究儲層的流動電位[斗測井技術2000,24(2):92-95JeffeyRMoore,StevenD,Glasei\HFraiiKMonison.Large-sealePhysicalmodelingofwaterinjectionintogeothermalreseivoirsandcorrelationtoselfpoteiiiialmeasiirements[C]5Twenty-eiglitliWorkshoponGeothennalReservoirEngineering,StanfordUniversity,StanfordCalifoiiia,2003JunYangJunYaGrundke,CorneliaBellmannnetal.OscillatingStreamingPotentialandElectroomosisofMultilayerMembranes]J].J.Phys.Cliem.B,2004,108:2103-2110.LindeNJougiiotD,RevilA,etal.StreamingcuiTentgenerationintwo-phaseflowconditions］」］.GeophysicalResearchLetters200