基于孔隙结构二维微观网络模型.pdfVIP

* 基于孔隙结构的二维微观网络模型 ** 杨建，陈家军 ，田亮 (环境模拟与污染控制国家重点实验室/北京师范大学环境学院，北京 100875) E-mail: Jeffchen@ 摘要：本文根据未固结砂颗粒多孔介质薄片分析所得到的孔隙结构，构建二维微观网络模型， 为开展孔隙尺度下流体运动的网络模型实验研究提供技术支持。首先将普通标准石英砂筛 分、清洗、烘干、固结，制作出二维薄片，进行薄片的图像采集和数字化处理，获得颗粒直 径、孔隙直径、孔隙率等参数值，结果发现，孔隙率与粒径呈负相关，孔径与粒径呈正相关， 而且不同孔径的分布频率随孔径的增大而减小；然后对孔隙结构参数进行分析处理，提取孔 隙和喉道的直径值，设计网络模型图并用激光刻蚀法制作模型板。该方法将实际多孔介质孔 隙结构与网络模型研究结合，是用网络模型研究实际多孔介质污染运移的基础。 关键词：网络模型； 薄片； 孔隙结构； 激光刻蚀 1、引言 多孔介质的微观结构以及占据孔隙空间的不同相流体的物理性质对介质孔隙中流体运 动的微观机理和宏观特征有很大的影响：微观上，孔隙结构在很大程度上决定了流体运动的 机理，例如，弯液面的变化、流体的断开和重分布、可溶相流体的水动力弥散、界面质量运 移、胶质的运移—沉积、气体混合物的扩散和反应等(Payatakes and Dias, 1984; Li, et al., 1986; Dullien, 1992; Sahimi, 1993; Tsakiroglou and Payatakes, 1998) ；宏观上，多孔介质的微观结构 影响着工业生产（例如，从储层中开采油气）和环境污染治理（例如，地下含水层中海水、 工业化学品、农业化学品和垃圾渗滤液等污染，以及受污染地下水的原位修复等）中流体的 运动规律(Tsakiroglou and Payatakes, 2000) 。孔隙结构越真实细致，就越能够反映真实的多孔 介质结构特征以及流体运动规律，所以在用网络模型进行流体运动的研究中，需要不断提高 孔隙拓扑等价性、形状不规则性和尺寸相关性等(Tsakiroglou and Payatakes, 2000; Øren and Bakke, 2002; Øren and Bakke, 2003) 。 实际多孔介质孔隙结构非常复杂，对孔道结构进行精确描述是不可能的，研究过程中应 采用合适的方法确定孔隙结构的主要影响参数。目前用于测量孔隙结构的方法中，较早采用 * 教育部重点基金项目(批准号：104012) [Key Research Fund of Ministry of Education of China (No.104012)]；国家自然科学基金资 助项目******[Project****supported by National Natural Science Foundation of China] **通讯联系人： 陈家军. Email: jeffchen@ 1 且比较普遍的方法是将岩石样品制作成薄片，在光学显微镜下获得放大的数字图像并分析得 到多孔介质孔隙结构特征(Tsakiroglou and Payatakes, 2000) ，随着先进检测工具的出现，在分 析岩石样品孔隙结构方面逐渐采用了扫描电镜(Berryman and Blair, 1987) 、压汞(王金勋, 2001) 、核磁共振(Davies et al., 1990) 以及x 射线(Coker et al., 1996; Øren and Bakke, 2003)等方 法，大大促进了多孔介质孔隙结构检测能力的提高。但过去 50 年中，测量多孔介质孔隙结 构的实验技术和计算方法所依据的理论