多孔介質(zhì)滲透率的確定方法

多孔介質(zhì)滲透率的確定方法第1頁，共23頁，2023年，2月20日，星期一一、前言1.什么是多孔介質(zhì)？

指多孔固體骨架構(gòu)成的孔隙空間中充滿單相或多相介質(zhì)。

典型的多孔介質(zhì)有土壤、海綿、面包、砂巖等。第2頁，共23頁，2023年，2月20日，星期一2.多孔介質(zhì)都有哪些基本參數(shù)？a.結(jié)構(gòu)參數(shù)：

孔隙率、比面、迂曲度等b.特性參數(shù)：

滲透率、水力傳導(dǎo)系數(shù)、飽和度等二、滲透率相關(guān)概念1.滲透率定義

表述了在一定流動驅(qū)動力推動下，流體通過多孔介質(zhì)材料的難易程度。第3頁，共23頁，2023年，2月20日，星期一2.滲透率的提出第4頁，共23頁，2023年，2月20日，星期一2.滲透率的提出第5頁，共23頁，2023年，2月20日，星期一2.滲透率的提出第6頁，共23頁，2023年，2月20日，星期一2.滲透率的提出第7頁，共23頁，2023年，2月20日，星期一2.滲透率的提出

滲透率代表了孔隙通道面積的大小和孔隙彎曲程度。量綱：

滲透系數(shù)K：L/T

滲透率k：L2第8頁，共23頁，2023年，2月20日，星期一3.滲透率單位c-g-s制下，滲透率單位為cm2，工程上常用達(dá)西d和千分達(dá)西‰d表示，1d≈1μm2。4.滲透率分類a.絕對滲透率b.有效/相滲透率c.相對滲透率第9頁，共23頁，2023年，2月20日，星期一2.儀器分類a.定水頭滲透儀b.變水頭滲透儀第10頁，共23頁，2023年，2月20日，星期一3.偏離達(dá)西定律的情形a.流速過高時

由于慣性力的大小與速度平方成正比，當(dāng)流速過高時慣性力對流動的影響將不容忽視，流量Q與水利梯度I間將不再滿足達(dá)西定律的線性關(guān)系。第11頁，共23頁，2023年，2月20日，星期一3.偏離達(dá)西定律的情形b.流速過低時

當(dāng)流速過低時，將產(chǎn)生一個啟動水力梯度，超過這個梯度后才能流動。第12頁，共23頁，2023年，2月20日，星期一3.偏離達(dá)西定律的情形c.滑流現(xiàn)象

達(dá)西定律的前提之一是壁面上流體速度為0，但當(dāng)密度過低時分子自由程與孔隙尺寸相近，每個分子都處于運(yùn)動狀態(tài)，稱之為滑流現(xiàn)象。d.離子效應(yīng)

由于溶液與多孔介質(zhì)間產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)致使?jié)B透率發(fā)生變化。第13頁，共23頁，2023年，2月20日，星期一第14頁，共23頁，2023年，2月20日，星期一2.典型相對滲透率曲線

右圖是表示濕潤流體和非濕潤流體相對滲透率的典型曲線，由圖可知只有當(dāng)濕潤流體的飽和度Sw高于其束縛飽和度Sw0并低于非濕潤流體的殘余飽和度1-Snw0時兩種流體才能同時流動。第15頁，共23頁，2023年，2月20日，星期一3.相對滲透率測量裝置

右圖的相對滲透率測量設(shè)備稱作Hassler裝置，其中在巖樣兩側(cè)各有一個只允許濕潤流體通過的多孔板，測量時在保持壓降的基礎(chǔ)上通過調(diào)整兩者的流速等參數(shù)繪制出相對滲透率曲線。第16頁，共23頁，2023年，2月20日，星期一四、模擬或間接測定滲透率前文所述的各種實(shí)驗(yàn)方法往往具有周期長、成本高和數(shù)據(jù)離散等缺點(diǎn)，且實(shí)驗(yàn)室環(huán)境與樣本環(huán)境的差別也會造成一定誤差，因而發(fā)展出許多通過少量參數(shù)對滲透率進(jìn)行模擬預(yù)測或間接測定的方法。1.分形法

已有文獻(xiàn)已證明多孔介質(zhì)的微觀孔隙結(jié)構(gòu)具有分形特征，通過理論計算可以得到滲透率與分形維數(shù)等參數(shù)之間的數(shù)學(xué)模型。第17頁，共23頁，2023年，2月20日，星期一第18頁，共23頁，2023年，2月20日，星期一3.反演法

根據(jù)少量已知參數(shù)通過各種最優(yōu)化方法對滲透率進(jìn)行反演，通常按照模擬地下水位與實(shí)測地下水位最為接近的原則來決定各巖體分區(qū)的滲透參數(shù)。a.遺傳算法

模仿生物進(jìn)化的機(jī)理，通過選擇、交叉、變異等操作得出與實(shí)際情況最符合的滲透率計算公式。b.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法

模仿大腦思維方式，通過分布式信息存儲和并行計算不斷優(yōu)化滲透率的計算公式。第19頁，共23頁，2023年，2月20日，星期一4.間接測定滲透率的方法

根據(jù)少量已知參數(shù)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式或已有研究結(jié)果間接測定滲透率，多用于石油、地質(zhì)行業(yè)。常用的確定方法包括：a.利用滲透率與巖層電阻率的關(guān)系b.利用地震屬性c.核磁共振法d.利用滲透率與孔隙率等參數(shù)的函數(shù)關(guān)系第20頁，共23頁，2023年，2月20日，星期一參考文獻(xiàn)[1]貝爾．多孔介質(zhì)流體動力學(xué)[M]．北京：中國建筑工業(yè)出版社，1983，8．[2]孔祥言．高等滲流力學(xué)[M]．合肥：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，1999．[3]A.E.Scheidegger．ThePhysicsofFlowthroughPorousMedia[M]．NewYork:MacmillanCo.,1957．[4]Manwart,U.Aaltosalmi．Lattice-Boltzmannandfinite-differencesimulationsforthepermeabilityforthree-dimensionalporousmedia[J]．PHYSICALREVIEWE,2001．[5]N.D.Ngo,K.K.Tamma．Microscalepermeabilitypredictionsofporousfibrousmedia[J]．HeatandMassTransfer,2001．[6]羅萬靜，王曉冬，李義娟．滲透率的常用確定方法及其相互關(guān)系[J]．西部探礦工程，2006．[7]丁述基．達(dá)西及達(dá)西定律[J]．水文地質(zhì)工程地質(zhì)，1986．[8]劉曉麗，梁冰，薛強(qiáng)．多孔介質(zhì)滲透率的分形描述[J]．水科學(xué)進(jìn)展，2003．第21頁，共23頁，2023年，2月20日，星期一[9]貝爾．多孔介質(zhì)流體動力學(xué)[M]．北京：中國建筑工業(yè)出版社，1983，8．[10]何琰，彭文，殷軍．利用地震屬性預(yù)測滲透率[J]．石油學(xué)報，2001．[11]劉迎曦，李守巨，周承芳．豐滿混凝土重力壩滲透系數(shù)反演分析[J]．武漢水利電力大學(xué)學(xué)報，1999．[12]柴振華．利用多松弛格子Boltzmann