一種多孔介質(zhì)滲透率的確定方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于多孔介質(zhì)技術領域，具體設及一種多孔介質(zhì)滲透率的確定方法。
【背景技術】
[0002] 多孔介質(zhì)廣泛存在于生產(chǎn)生活中，滲透率是描述多孔介質(zhì)內(nèi)流體流動能力的關鍵 指標，對滲透率的準確測量和預測是多孔介質(zhì)研究中的重要內(nèi)容，不同類型的多孔介質(zhì)通 常有不同的內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)，進而導致了不同多孔介質(zhì)的滲透率確定方法之間有很大差異。 通常，對于多孔介質(zhì)滲透率的確定方法，除了直接測量外還可W測量多孔介質(zhì)部分結(jié)構(gòu)參 數(shù)，再通過計算得到。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 有鑒于此，本發(fā)明提供了一種多孔介質(zhì)滲透率的確定方法，該方法計算簡單、精度 較高。
[0004] 為了達到上述目的，本發(fā)明的技術方案為:一種多孔介質(zhì)滲透率的確定方法，多孔 介質(zhì)的孔隙率為Φ，組成所述多孔介質(zhì)的玻璃微珠的平均半徑為^，玻璃微珠的粒徑分布 偏度為丫；則多孔介質(zhì)樣品的滲透率為：
[0005]
[0006] 進一步地，多孔介質(zhì)由玻璃微珠燒結(jié)制備而成，玻璃微珠的粒徑范圍為20WI1~200 μη;制備方法為：制作圓柱形的金屬模具，將玻璃微珠填滿模具并放入恒溫爐進行加熱，將 微珠燒結(jié)在一起，獲得圓柱形的多孔介質(zhì)，多孔介質(zhì)的圓形端面直徑為為6mm~15mm，厚度 為1mm~5mm。
[0007] 進一步地，多孔介質(zhì)的孔隙率為Φ的測量方法為：測量獲得多孔介質(zhì)的總質(zhì)量Μ、 總體積VW及玻璃微珠的密度Ρ，則孔隙率。
[000引進一步地，測量玻璃微珠的粒徑分布參數(shù):包括玻璃微珠的平均半徑東，中位徑 dpMed，粒徑累計分布參數(shù)dp(0.25)和dp(0.75);其中粒徑累計分布參數(shù)表示小于該粒徑的微 珠占微珠總體積的體積分數(shù);dp(0.25)為小于該粒徑的所有微珠的體積總和占微珠體積總 和的25%，dp(0.75)為小于該粒徑的所有微珠的體積總和占微珠體積總和的75%。
[0009]所述多孔介質(zhì)中玻璃微珠的分選系數(shù)為：
[0010]當玻璃微珠的粒徑分布滿足對數(shù)正態(tài)分布時，其均值為療=-10貧乂·?和標準差分 別關
[0011] 則所述玻璃微珠粒徑分布偏度丫計算方法為
[0012] 其中Ei (i = 1，2，3)為玻璃微珠粒徑的i階原點矩。
[0016] 有益效果：
[0017] 本發(fā)明利用由玻璃微珠制成的多孔介質(zhì)的孔隙率及其玻璃微珠粒徑分布參數(shù)實 現(xiàn)該多孔介質(zhì)滲透率的確定，因此運種滲透率的確定方式計算簡單，將該方法的滲透率計 算結(jié)果與實驗測量的滲透率結(jié)果進行比對，發(fā)現(xiàn)該方法的滲透率計算結(jié)果精度較高。對于 微珠粒徑分布參數(shù)已知的樣品，只需稱量其質(zhì)量和體積即可確定滲透率，無需使用專用的 滲透率測量設備進行實驗測量。
【附圖說明】
[0018] 圖1有玻璃微珠制成多孔介質(zhì)的微觀照片
[0019] 圖2星形孔隙；
[0020] 圖3迂曲度與孔隙率的關系圖；
[0021 ]圖4迂曲度與偏度的關系圖。
【具體實施方式】
[0022] 下面結(jié)合附圖并舉實施例，對本發(fā)明進行詳細描述。
[0023] 實施例1，本方法步驟如下：
[0024] 步驟一:多孔介質(zhì)樣品制備:該種多孔介質(zhì)由大量玻璃微珠燒結(jié)而成，玻璃微珠的 粒徑范圍為20μπι~200μπι。制作圓柱形的金屬模具，將微珠填滿模具并放入恒溫爐進行加 熱，將微珠燒結(jié)在一起，獲得圓柱形的多孔介質(zhì)樣品。樣品圓形端面直徑通常為6mm~15mm， 厚度為1mm~5mm。
[0025] 步驟二:多孔介質(zhì)樣品孔隙率Φ的測量:測量樣品的總質(zhì)量Μ、總體積VW及玻璃微 珠的密度Ρ，則樣品孔隙率為：
[0026]
(1)
[0027] 步驟玻璃微珠粒徑分布參數(shù)測量:利用激光粒度分析儀對玻璃微珠的粒徑分 布進行測量。測量玻璃微珠的平均半徑克，中位徑dpMed，粒徑累計分布參數(shù)dp(0.25)和dp (0.75)。其中粒徑累計分布參數(shù)表示小于該粒徑的微珠占微珠總體積的體積分數(shù)。即dp (0.25)為小于該粒徑的所有微珠的體積總和占微珠體積總和的25%，dp(0.75)為小于該粒 徑的所有微珠的體積總和占微珠體積總和的75%。
[0028] 步驟四：玻璃微珠粒徑分布參數(shù)計算
[0029] 該多孔介質(zhì)中玻璃微珠的分選系數(shù)為：
[0030]
(2)
[0031 ]認為玻璃微珠的粒徑分布滿足對數(shù)正態(tài)分布，其均值和標準差分別為：
[0034]其中dpMed單位為mm。再通過下列計算公式得到玻璃微珠粒徑分布偏度丫，其中Ei(i =1，2，3)為玻璃微珠粒徑的i階原點矩。
[0041 ]式(9)的原理：
[0042] 對于多孔介質(zhì)滲透率的計算，有經(jīng)典算法Κο Z en廠化man化C)方程：
[0043]
(10)
[0044] 其中k = k〇T2稱為KC常數(shù)，ko為形狀因子，與多孔介質(zhì)中孔隙的形狀有關，τ為多孔 介質(zhì)中的迂曲度，與多孔介質(zhì)中流道的彎曲程度有關。KC方程是一個半經(jīng)驗方程，通常將多 孔介質(zhì)中的孔隙直接看成圓形，此時ko取為2，并將KC常數(shù)直接取為5。
[0045] 但是對于該種玻璃微珠制成的多孔介質(zhì)，該KC常數(shù)的選擇并不準確，本專利測試 了 5種不同粒徑分布共18片多孔介質(zhì)的滲透率，根據(jù)實測數(shù)據(jù)，利用最小二乘法計算式（10) 中的KC常數(shù)，應為3.5686,與5相差較大。同時利用該模型計算該種由微珠構(gòu)成的多孔介質(zhì) 時誤差較大，KC常數(shù)取3.5686時，相對誤差（（理論值-實測值)/實測值*100%)最小，約為 36.8%。
[0046] 因此分別討論形狀因子ko和迂曲度τ的取值，W提高計算精度。由玻璃微珠構(gòu)成的 多孔介質(zhì)，微珠的球形特征保存的較好，如圖1所示。因此，微珠之間的孔隙形狀應該看成星 形，如圖2所示，而不是圓形。利用Ansys-Fluent仿真環(huán)境計算星形孔隙的形狀因子ko,得 到：
[0047] ko = 0.75 (11)
[004引對于迂曲度τ的取值，本專利認為其應該與多孔介質(zhì)的孔隙率Φ和微珠粒徑分布 偏度丫運兩個因素有關。利用式（12)計算迂曲度，并分別分析迂曲度和孔隙率ΦΚ及微珠 粒徑分布偏度丫之間的關系，實測實驗結(jié)果如圖3，圖4所示。
[0049]
(1巧
[0050] 由實驗數(shù)據(jù)通過最小二乘法擬合分別得到迂曲度和孔隙率W及微珠粒徑分布偏 度的定量關系，如式(13)，（14)。
[0051] τι( Φ ) = 9.523Φ-1.029 (13)
[0052] Τ2( 丫）= 8.539 丫 3+33.9 丫 2-44.62 丫+21.15 (14)
[0053] 認為孔隙率與微珠粒徑分布偏度對迂曲度的影響程度相同，如式(15)
[0054]
(15)
[0055] 將式(11)、（13)、（14)和(15)代入式(10)即可得式(9)。
[0056] 通過式(9)計算該種多孔介質(zhì)的滲透率，理論值與實測值的相對誤差為16.6%，明 顯優(yōu)于KC方程。與一些其他的滲透率計算方法相比，對于該種由玻璃微珠制成的多孔介質(zhì) 的滲透率的計算，該種方法得到的理論值最準確。
[0057] 實施例2、步驟一:利用篩選好的玻璃微珠燒制5個圓柱形多孔介質(zhì)樣品，樣品直徑 為10mm，厚度為1~3mm不等。玻璃微珠密度為P = 2.46g/cm3。
[005引步驟二:測量5個多孔介質(zhì)樣品的質(zhì)量和體積，利用式（1)計算得其孔隙率分別為： Φ 1 = 33.48%，(62 = 38.56%，(63 = 39.17%，(64=40.73%和 (65 = 43.49%。
[0059] 步驟測量玻璃微珠的基本參數(shù)：.1 =巧.12,歷，dpMed = 34.39皿= 0.03439mm，dp (0.25 )=28.25皿和dp (0.75 )=42.08皿。
[0060] 步驟四：利用式（2)~（8)計算玻璃微珠粒徑分布參數(shù)：So = 1.061，寅=4 86i7， σ =0.42()1 ,Ei = 27.7皿瓜= 8.：MX102皿2，Ε3 = 2.75Χ1〇4μπι3, 丫 =0.9333。
[0061] 步驟五:利用式(9)分別計算出多孔介質(zhì)樣品滲透率：
[0062] Κι = 7.598 X l〇i3m2，Κ2 = 1.097 X l〇i2m2，Κ3 = 1.145 X l〇i2m2，Κ4= 1.275 X l〇i2m2，Κ已 = 1.540Xl〇i2m2。至此可W確定各個多孔介質(zhì)樣品的滲透率。
[0063] 綜上，W上僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍。凡在 本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護 范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種多孔介質(zhì)滲透率的確定方法，其特征在于，所述多孔介質(zhì)的孔隙率為Φ，組成所 述多孔介質(zhì)的玻璃微珠的平均半徑為A，玻璃微珠的粒徑分布偏度為γ ;則多孔介質(zhì)樣品 的滲透率為：2. 如權(quán)利要求1所述的一種多孔介質(zhì)滲透率的確定方法，其特征在于，所述多孔介質(zhì)由 玻璃微珠燒結(jié)制備而成，玻璃微珠的粒徑范圍為20μπι~200μπι;制備方法為:制作圓柱形的 金屬模具，將玻璃微珠填滿模具并放入恒溫爐進行加熱，將微珠燒結(jié)在一起，獲得圓柱形的 多孔介質(zhì)，多孔介質(zhì)的圓形端面直徑為為6mm~15mm，厚度為1mm~5_。3. 如權(quán)利要求1所述的一種多孔介質(zhì)滲透率的確定方法，其特征在于，所述多孔介質(zhì)的 孔隙率為φ的測量方法為:測量獲得多孔介質(zhì)的總質(zhì)量M、總體積V以及玻璃微珠的密度P， Μ 則孔隙率# = pV4. 如權(quán)利要求1所述的一種多孔介質(zhì)滲透率的確定方法，其特征在于，測量玻璃微珠的 粒徑分布參數(shù):包括玻璃微珠的平均半徑I，中位徑d pMed，粒徑累計分布參數(shù)dP(0.25WPdP (0.75);其中粒徑累計分布參數(shù)表示小于該粒徑的微珠占微珠總體積的體積分數(shù)；dP (0.25)為小于該粒徑的所有微珠的體積總和占微珠體積總和的25%，dP(0.75)為小于該粒 徑的所有微珠的體積總和占微珠體積總和的75% ; 所述多孔介質(zhì)中玻璃微珠的分選系數(shù)為：當玻璃微珠的粒徑分布滿足對數(shù)正態(tài)分布時，其均值為歹=-和標準差分別為則所述玻璃微珠粒徑分布偏度γ計算方法爻其中Ei (i = 1，2，3)為玻璃微珠粒徑的i階原點矩；
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多孔介質(zhì)滲透率的確定方法，屬于多孔介質(zhì)技術領域，多孔介質(zhì)的孔隙率為φ，組成所述多孔介質(zhì)的玻璃微珠的平均半徑為玻璃微珠的粒徑分布偏度為γ；則多孔介質(zhì)樣品的滲透率為：<maths num="0001"></maths>該方法計算簡單、精度較高。
【IPC分類】G01N15/08
【公開號】CN105628586
【申請?zhí)枴緾N201610094655
【發(fā)明人】付夢印, 程思源, 王美玲, 明麗, 李響, 肖梅峰
【申請人】北京理工大學
【公開日】2016年6月1日
【申請日】2016年2月19日