多相流基础第一章 绪论
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多相流体运动规律引言多相流体是指由两个或两个以上相态的物质混合而成的流体,包括气液两相流、气固两相流、液固两相流等。
多相流体的运动规律是研究多相流体流动行为的基础,对于工程领域中的石油勘探开发、化工过程、环境工程等都具有重要的意义。
本文将介绍多相流体的运动规律,并重点讨论几种常见的多相流体运动模型。
多相流体运动方程多相流体的运动可以通过运动方程来描述,常见的多相流体运动方程有欧拉方程和拉格朗日方程两种。
欧拉方程是基于连续介质假设的,将多相流体视为连续介质,通过对质量守恒、动量守恒和能量守恒等定律的应用得到。
拉格朗日方程则是基于微观粒子的运动轨迹,将每个粒子的位置和速度作为变量,通过粒子的运动方程来描述多相流体的运动行为。
多相流体欧拉方程多相流体的欧拉方程包括质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程。
质量守恒方程质量守恒方程描述了多相流体中各相的质量守恒关系。
假设多相流体由N个相组成,每个相的质量分数分别为αi,相速度分别为u i,则质量守恒方程可以写作:$$ \\frac{{∂(α_i ρ_i)}}{∂t} + ∇·(α_i ρ_i u_i) = 0 $$其中,ρi为相i的密度。
动量守恒方程动量守恒方程描述了多相流体中各相的动量守恒关系。
假设多相流体中每个相受到的总压力为p i,总应力张量为τi,引入相间压力p ij=−p j+p i和相间摩擦力τij=τj−τi,则动量守恒方程可以写作:$$ \\frac{{∂(α_i ρ_i u_i)}}{∂t} + ∇·(α_i ρ_i u_i u_i) = -∇p_i + ∇·τ_i + ∑_{j≠i}∇·(α_iρ_i u_i u_i p_{ij}) + ∑_{j≠i}[(α_i ρ_i u_i u_{ij})⋅n_{ij}]A_{ij} + \\sum_{j≠i} G_j $$其中,u ij=u i−u j,n ij为相间分界面的单位法向量,A ij为相间分界面的面积,G j为体积力项。
第四章多相流体的渗流机理前面已经分别研究了储层岩石本身的一些渗储性质以及多相流体(油、气、水)的相态转化及其物理性质。
那么当这两者相结合,即多相流体在高度分散、弯弯曲曲的毛细孔道所构成的岩石中,其分布及流动又会产生什么样的岩石—流体综合特性呢?岩石颗粒细、孔道小,使得岩石具有巨大的表面;流体本身又是多组分的不稳定体系,在孔道中又有可能同时出现油、气、水三相,这种流体分散储集在岩石中会造成流体各相之乱流体与岩石颗粒固相间存在着极大的多种界面(气一固、气一液、液一液、液一固界面)。
因此,界面现象极为突出,表现出与界面现象有关的界面张力、吸附作用、润湿作用及毛管现象、各种附加阻力效应等等,对流体在岩石中的分布和流动产生重大的影响。
因此,地下流体在岩石中的流动既不同于油、气、水在管路中的流动,更不同于水在河床中的流动而具有其特定的性质。
通常,人们把流体在多孔介质中的流动称为渗流。
渗流时,首先需要了解的是在岩石孔隙中油水究竟是怎样分布的?流动过程中会发生哪些变化?有什么特点?实用中采用哪些参数来描述地层中各种阻力的变化?如何减少和消除这些附加阻力?只有研究了渗流物理特性,才能找出油井生产指标(如产量、压力)变化的原因,也只有研究了渗储机理、岩石的润湿性等,才能对部分原油不能采出的原因有深刻的认识。
因此,本章研究的内容也是如何提高采收率的部分基础。
此外,本章中有关相对渗透率曲线及毛管压力曲线的研究,是油藏工程计算分析中极为重要的基础和资料,具有极大的实际意义。
第一节储层岩石中的各种界面现象无论在天然原始油层中存在有束缚水的情况还是注水开发的油层,其中流体至少存在着油水两相,当地层压力降到泡点压力后,还会因原油脱气而出现油气水三相。
因此,可以认为油层是一个由固相和两个不互溶的液相,以及有时还有气相等所构成的比面极大的高度分散系统。
而在这一系统中,所呈现的有关界面性质的一些问题,诸如水驱洗油问题,互溶混相驱油时的油水界面消失的问题,以及由于存在油水界面时的毛细管附加阻力问题等,都是与两相界面分子的相互作用有关的。