水氣兩相流在單裂隙巖體中運移規(guī)律的數(shù)值模擬研究.pdf

1、近年來,隨著石油、天然氣、煤層氣等天然能源開采、核能源廢料排放以及地下空間利用等工程興建,水氣兩相流在裂隙巖體中的滲流問題越來越受到人們的關(guān)注。本文基于粘性流體力學(xué)和多相滲流力學(xué)理論,將裂隙巖體簡化為等效連續(xù)介質(zhì)、雙孔雙滲介質(zhì)和孔隙—裂隙介質(zhì),系統(tǒng)研究了水氣二相流體在不同巖體介質(zhì)中的運移規(guī)律,包括二相滲流理論分析、巖體介質(zhì)模型數(shù)學(xué)模型建立和滲流效應(yīng)分析對比三部分內(nèi)容,本文的主要工作如下:
　　(1)應(yīng)用連續(xù)介質(zhì)力學(xué)理論,兩相流滲流

2、理論,并結(jié)合Van-Genuchten模型、Darcy定律建立了各向同性介質(zhì)兩相流運移動力學(xué)模型,引用該二相流滲流模型描述二相流體在等效連續(xù)介質(zhì)、雙孔雙滲介質(zhì)及孔隙—裂隙介質(zhì)孔隙部分中流動狀態(tài),同時將Navier-Stokes方程作為孔隙—裂隙介質(zhì)中裂隙部分中運動方程,分別建立了三種巖體介質(zhì)各自不同的數(shù)學(xué)模型;
　　(2)基于巖體中真實裂隙粗糙度的考慮,應(yīng)用對數(shù)正態(tài)分布函數(shù)描述單條裂隙隙寬變化情況,建立了二維粗糙裂隙模型;

3、　　(3)根據(jù)三種不同介質(zhì)模型中二相流流動規(guī)律的數(shù)值模擬研究,分別對相對滲透率曲線及二相流運移速度矢量變化情況進行了描述分析,得到雙孔雙滲介質(zhì)模型較等效連續(xù)介質(zhì)模型驅(qū)替效果明顯,而孔隙—裂隙介質(zhì)模型其孔隙氣相飽和度受裂隙影響明顯,流體交換影響下氣體多沿裂隙流出;雙孔雙滲介質(zhì)模型流體速度高于等效連續(xù)介質(zhì)模型1個數(shù)量級,相對以上兩種模型,孔隙—裂隙介質(zhì)模型其裂隙流動起主導(dǎo)作用效果明顯,故采用該模型模擬巖體中流體流動更貼近于實際。