Συστηματική εργαστηριακή μελέτη σταθερής διφασικής ροής σε πρότυπα μικροροϊκά δίκτυα πόρων
Systematic laboratory study of steady state two phase flow in prototype microfluidic pore networks
Λέξεις-κλειδιά
Διφασική ροή ; Πορώδη δίκτυαΠερίληψη
Συμβατικά, οι σχετικές διαπερατότητες δύο μη αναμείξιμων υγρών φάσεων που ρέουν ταυτόχρονα σε ένα πορώδες μέσο θεωρούνται και εκφράζονται ως συναρτήσεις του κορεσμού. Παρ’ όλα αυτά, αυτή η προσέγγιση του προβλήματος τίθεται υπό αμφισβήτηση από θεωρητικές, αριθμητικές (αλγοριθμικές προσομοιώσεις) και πειραματικές μελέτες ροών σε τεχνητά δίκτυα πόρων και πραγματικά πορώδη μέσα. Οι μελέτες αυτές έχουν αποκαλύψει την ισχυρή εξάρτηση των σχετικών διαπερατοτήτων από τις εντάσεις των ταχυτήτων, ειδικότερα όταν στις ροές που εξετάζουμε κυριαρχούν οι τριχοειδείς δυνάμεις ή ακόμα και στις μεταβατικές ροές (σταδιακή κυριαρχία των ιξωδών δυνάμεων), και μέρος της αποκομμένης μη διαβρέχουσας φάσης παραμένει κινητοποιημένο. Προκύπτει λοιπόν ότι στα μοντέλα υπολογισμού των σχετικών διαπερατοτήτων πρέπει να ληφθεί υπόψη η εξάρτηση από τις εντάσεις των ταχυτήτων. Η σχέση που θα περιέγραφε πλήρως αυτή την εξάρτηση παραμένει αντικείμενο έρευνας. Πρόσφατα, εξήχθη ένας γενικός τύπος εξάρτησης που βασίζεται στα αποτελέσματα εκτεταμένων προσομοιώσεων του αλγοριθμικού-μηχανιστικού μοντέλου DeProF (Decomposition in Prototype Flows) για σταθερή διφασική ροή σε πορώδη δίκτυα. Από τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων παρατηρήθηκε συστηματική εξάρτηση των σχετικών διαπερατοτήτων από τις τοπικές εντάσεις των ταχυτήτων. Η εξάρτηση αυτή μπορεί να περιγραφεί αναλυτικά από μια καθολική συναρτησιακή σχέση κλιμάκωσης που εμπεριέχει τις πραγματικές ανεξάρτητες μεταβλητές τις διαδικασίας, δηλαδή, τον τριχοειδή αριθμό, Ca, και τον λόγο των εντάσεων των ταχυτήτων, r. Η εν λόγω σχέση συνίσταται από μια συνάρτηση kernel, την επονομαζόμενη συνάρτηση εγγενούς δυναμικής τριχοειδούς πίεσης (IDCP-Intrinsic Dynamic Capillary Pressure), όρος που συμπεριλαμβάνει στο μοντέλο τα δυναμικά φαινόμενα της μετάβασης μεταξύ τριχοειδών ροών και των ροών στις οποίες κυριαρχούν οι ιξώδεις δυνάμεις. Σε μια παράλληλη εργαστηριακή μελέτη, όπου διεξήχθησαν μετρήσεις σύμφωνα με τη διαδικασία της Ειδικής Ανάλυσης Πυρήνων (SCAL-Special Core Analysis), τα αποτελέσματα που προέκυψαν παρέχουν μια αρχική επιβεβαίωση για την δυνατότητα εφαρμογής του προτεινόμενου μοντέλου. Σε αυτή την εργαστηριακή μελέτη, εξετάζουμε την δυνατότητα εφαρμογής ενός βασικού, εξαρτώμενου από τις εντάσεις των ταχυτήτων, κλιμακωτού μοντέλου των σχετικών διαπερατοτήτων για σταθερή διφασική ροή μη αναμείξιμων υγρών σε δισδιάστατα μικροροϊκά δίκτυα πόρων, για ένα ευρύ φάσμα καθεστώτων ροής. Πιο συγκεκριμένα, ελέγχουμε την δυνατότητα εφαρμογής ενός εξαρτώμενου από τις εντάσεις των ταχυτήτων, κλιμακωτού μοντέλου των σχετικών διαπερατοτήτων σε ένα μικροροϊκό δίκτυο πόρων, και συσχετίζουμε τη μορφή της συνάρτησης kernel με την εσωτερική διαμόρφωση της ροής για διάφορα καθεστώτα ροής. Ο σκοπός είναι να εκτιμήσουμε την εφαρμοσιμότητα ή/και την παγκοσμιότητα του προαναφερθέντος μοντέλου και να εξετάσουμε την δυνατότητα του να αποκαλύπτει την εσωτερική διαμόρφωση της ροής. Το προτεινόμενο μοντέλο διευρύνει τις δυνατότητες βελτίωσης των πρωτοκόλλων SCAL και άλλων σημαντικών εφαρμογών όπως είναι ο χαρακτηρισμός συστημάτων και συνθηκών ροής, η κατηγοριοποίησης πετρωμάτων, η εκτίμηση των σφαλμάτων των άκρων καθώς και η ανάπτυξη αποδοτικότερων προσομοιωτών πεδίου (δευτερογενής απόληψη πετρελαίου).
Περίληψη
Conventionally, the relative permeabilities of two immiscible fluid phases flowing in porous media are considered and expressed as functions of saturation. Yet, this has been put into challenge by theoretical, numerical, and laboratory studies of flow in artificial pore network models and real porous media. These works have revealed a significant dependency of the relative permeabilities on the flow rates, especially when the flow regime is capillary to capillary-viscous dominated, and part of the disconnected nonwetting phase remains mobile. These studies suggest that relative permeability models should include the functional dependence on flow intensities. However, revealing the explicit form of such dependence remains a persistent problem. Just recently, a general form of dependence was inferred based on extensive simulations with the DeProF model for steady-state twophase flows in pore networks. The simulations revealed a systematic dependence of the relative permeabilities on the local flow rate intensities. This dependence can be described analytically by a universal scaling functional form of the actual independent variables of the process, namely, the capillary number, Ca, and the flow rate ratio,r. The proposed scaling comprises a kernel function, the so-called intrinsic dynamic capillary pressure (IDCP) function, accounting for the transition between capillarity- and viscosity-dominated flow phenomena. In a parallel laboratory study, SCAL measurements provided a preliminary proof-of-concept on the applicability of the model. In the laboratory study presented here, we examine the applicability of a basic, flow-rate-dependent, relative permeability scaling model of immiscible two-phase flows in an artificial two-dimensional microfluidic network, across different flow regimes. In particular, we check the applicability of a flowrate-dependent, relative permeability scaling model in a microfluidic pore network, and we correlate the form of the associated kernel function with the interstitial structure of the flow across different flow regimes. The scope is to assess the applicability and/or universality of the aforementioned scaling model and to examine its potential for revealing the interstitial flow structure. The proposed scaling opens new possibilities in improving SCAL protocols and other important applications, e.g., characterization of systems and flow conditions, rock typing, assessment of capillary end-effects, as well as the development of more efficient field-scale simulators.
Αριθμός σελίδων
60Σχολή
Σχολή ΜηχανικώνΑκαδημαϊκό Τμήμα
Τμήμα Πολιτικών ΜηχανικώνΓλώσσα
ΕλληνικάΣυλλογή
Εκτός από όπου επισημαίνεται κάτι διαφορετικό, το τεκμήριο διανέμεται με την ακόλουθη άδεια:
Αναφορά Δημιουργού - Μη Εμπορική Χρήση - Παρόμοια Διανομή 4.0 Διεθνές
Αναφορά Δημιουργού - Μη Εμπορική Χρήση - Παρόμοια Διανομή 4.0 Διεθνές