[论文解读] A two-dimensional network simulator for two-phase flow in porous media

Eyvind Aker, Knut Jørgen Måløy+2 more|ArXiv.org|May 25, 1997

Groundwater flow and contamination studies参考文献 8被引用 9

一句话总结

本论文提出一种用于多孔介质中两相流的二维网络模拟器，通过高精度压力测量建模毛细力和粘性力。该模拟器能够捕捉界面演化、排水过程中的爆发动力学以及管道中同时流动等动态行为，并在排水驱替模拟中与已知实验特性进行验证。

ABSTRACT

We investigate a two-dimensional network simulator capable of modeling different time dependencies in two-phase drainage displacements. In particular, we focus on the temporal evolution of the pressure due to capillary and viscous forces and the time dependence of the interface between the two liquids. The dynamics of the capillary effect are taken into account and we report on high accuracy pressure measurements. Moreover, the simulator includes important features in drainage, like burst dynamics of the invading fluid and simultaneous flow of two liquids in a section of a tube. The validity of the model is checked by comparing simulation results with well known experimental properties in drainage displacement.

研究动机与目标

• 开发一种能够模拟多孔介质中时间依赖的两相排水驱替过程的二维网络模拟器。
• 准确模拟由毛细力和粘性力引起的压力随时间的演化。
• 建模流体驱替过程中的界面动态行为和爆发动力学。
• 在单个管段中模拟两种液体的同步流动，以反映真实的排水现象。
• 将模型与已知的排水驱替实验特性进行对比验证。

提出的方法

• 模拟器采用多孔介质的二维网络表示，通过相互连接的孔隙和喉道来建模流体驱替过程。
• 通过时间依赖的公式动态建模毛细力，以捕捉流体界面的演化。
• 通过基于Hagen-Poiseuille流的压降模型引入粘性力。
• 通过在每个时间步长使用松弛法求解压力场，获得高精度的压力测量结果。
• 模型包含爆发动力学机制，即入侵流体在局部区域迅速排驱抵抗流体。
• 通过将关键输出指标（如压力演化和界面位置）与已知的排水驱替实验数据进行比较，对模拟结果进行验证。

实验结果

研究问题

• RQ1 在多孔介质中排水过程中，两种不互溶流体之间的界面如何随时间演化？
• RQ2 毛细力和粘性力在两相流压力动力学中起什么作用？
• RQ3 爆发动力学在驱替过程中如何表现，能否被准确模拟？
• RQ4 该模拟器能否再现两相排水中的已知实验行为，如滞后效应和前缘不稳定性？
• RQ5 单个管段中两种液体的同步流动如何影响整体驱替模式？

主要发现

• 模拟器成功再现了两相排水过程中压力的时间演化，压力测量具有高精度。
• 模型捕捉到了流体侵入过程中的爆发动力学，即由于毛细不稳定性导致局部区域快速排驱。
• 两种流体之间的界面演化方式与实验观测结果一致，包括前缘钉扎和解钉扎现象。
• 在单个管段中对两种液体的同步流动进行了精确建模，真实反映了流动竞争行为。
• 模拟结果与已知的排水驱替实验特性高度一致，验证了模型的物理保真度。
• 引入时间依赖的毛细效应使动态润湿相和非润湿相驱替过程得以真实模拟。