基于3D打印透明微细孔隙模型的多孔介质渗流规律
钱自卫1
黄震2
袁世冲1
1.中国矿业大学资源与地球科学学院,江苏徐州2211162.江西理工大学资源与环境工程学院,江西赣州341000
摘要：多孔介质渗流规律研究是油、气、水资源开采及水害防治的基础性工作,物理模型试验是开展此研究的重要手段.基于真实砂层试样CT图片,经剪切、二值化处理、矢量边界提取、建模等步骤,构建了二维孔隙模型;采用高精度光固型3D打印机,选用刚性光敏材料,制备了透明微细孔隙试验模型.构建了包括注水系统、压力监测系统、观测系统、孔隙模型及管路的试验系统,开展了12个注水流量梯度、4个不同渗流方向的渗流模型试验,实现了对孔隙渗流过程的可视化观测及注水压力的高密度实时监测,从微观角度研究了多孔介质渗流规律.研究发现:①在多孔介质渗流过程中分流及汇流持续发生,试验模型不同位置孔隙渗流的活跃性差异较大;②随着水力梯度的增大,达西定律计算的渗透系数整体呈下降趋势,在低水力梯度条件下,同一模型平面90°改变注入方向时,渗透系数差异较大;水力梯度越大,水力梯度与渗透系数呈现相关性越强的幂函数关系;③渗流速度与水力梯度呈高度相关的二次函数关系,渗流速度越高相关性越强,符合Forchheimr型非线性渗流公式,同一模型平面90°改变注入方向时,水力梯度差异较大,呈现明显的各向异性特征;④孔隙试验模型渗流为“层流+紊流”的混合流,随着渗流速度的增加,紊流惯性力对水力梯度的贡献占比增大,其主要与孔隙介质中孔隙及喉道结构特征有关.
关键词：多孔介质渗流规律微细孔隙模型3D打印各向异性
分类号：TD315(矿山压力与支护)
资助基金：中央高校基本科研业务费专项(2020ZDPYMS11)国家自然科学基金(41602299)
论文发表日期：2020-08-28
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：7( 2901-2907 )
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