《低滲透多孔介質和微管中液體流動減阻的機理研究》是依託浙江師範大學，由宋付權擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：低滲透多孔介質和微管中液體流動減阻的機理研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：宋付權
- 依託單位：浙江師範大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
研究表明：在微米尺度下，流體和固體表面的接觸面積遠遠大於傳統流動尺度，表面作用力增強，流體和固壁作用對流動阻力的影響顯著。本項目擬研究經表面活性劑和低表面能物質處理的微管和多孔介質中，液體流動的減阻特徵和機理。實驗上，優選表面活性劑和低表面能物質作為表面處理材料，在1-100微米直徑的石英圓管和低滲透岩心中，進行純水和矽油的流動實驗研究，同時用其它巨觀和微觀方法研究固體表面潤濕性對流動壁面滑移和減阻效率的影響，並建立微米尺度下液體流動阻力理論模型，明確減阻機理。同時用分子動力學的方法，研究液固表面的相互作用對液體減阻效率的影響。項目的研究成果不僅可以在理論上豐富流體力學關於微米尺度下液體流動特徵的內容，而且可以套用於石油開採、水污染處理和微機械系統傳質傳熱等工程上，可以提高液體的流動效率，節約能源。特別對於低滲透油藏的開發具有很高套用價值。
結題摘要
傳統的流體力學基於連續介質力學模型，而納米尺度下對於流體的研究變成了對分子運動狀態和數量的統計。微米尺度的流體介於巨觀和微觀的過渡帶，兩種研究方法都存在適應性的問題。針對微米尺度下液體流動理論的缺乏，本項目採用連續介質力學和分子動力學相結合，模擬和實驗相結合的方法，對微米尺度下的液體流動特徵進行了研究：（1） 超疏水壁面滑移長度模型的研究：通過分子動力學的研究發現，液體分子在微尺度下流動時，極大地受到固液相互作用力的影響。原有的非滑移邊界條件已不適用，對於疏水壁面，分子在固體壁面存在速度滑移，且滑移長度不是常數，隨壁面流體的剪下率呈冪率型關係。冪率型的液體邊界模型的建立是壁面滑移模型的突破，就像非牛頓流體模型突破了牛頓流體模型一樣；（2）親水性壁面負滑移長度的理論和試驗研究：在分子動力學模擬的過程中，我們發現液體在潤濕性的壁面會形成邊界粘滯層，而且負的滑移長度（近似為粘附層的厚度）是變化，而以往的實驗結果並沒有發現。經過去離子水在石英微管中的流動實驗研究，首次從實驗上發現：滑移長度的絕對值隨驅替外力的增大而減小，直至達到常數。這種規律表明，在低滲透多孔介質中液體流動時的邊界層厚度是變化的，實踐表明大壓差開採可以有效克服啟動壓力的不利影響；（3） 微米尺度下流量公式的研究：考慮微米尺度下的液體流動在邊界上存在速度滑移，得到了考慮壁面滑移的微管流量公式和低滲透多孔介質中的流量公式；（4）微管及多孔介質中流動減阻的理論和實驗研究：流體在疏水性通道中流動時的流量明顯大於其在親水性通道中流動時的流量。實驗表明：通過物理吸附或者化學方法，增大固體表面的接觸角，可以有效降低液體流動時的阻力；（5）測量啟動壓力梯度方法的研究：以往測量低滲透岩心的啟動壓力，用穩態流動的方法，往往測量結果過大，難以推廣到油田礦場，本項目得到了一種靜態與穩態流動相結合的測量方法，該方法既有豐富的物理含義，又可以更加準確地測量低滲透油藏中啟動壓力梯度。 本項目所得的微米尺度下液體流動和減阻理論既豐富了流體力學的內容，又為微機械系統的套用和低滲透油藏的高效開發提供了有力的理論基礎。
