[发明专利]一种基于微观孔隙结构的多孔介质的渗透系数预测方法

说明书

本发明涉及一种多孔介质的渗透系数预测方法，特别涉及一种基于微观孔隙结构的多孔介质的渗透系数预测方法，对多孔介质进行压汞试验(MIP)，绘制出多孔介质的孔径分布曲线；再将孔径分布曲线带入预测模型中计算得到多孔介质的渗透系数预测值，本发明以微观连通孔隙通道渗流模型以及Poiseuille理论为基础，引入REV典型单元体模型和多孔介质的孔径分布曲线，建立了预测多孔介质渗透系数的数值模型，试验验证了该模型的可靠性；该数值模型从微观的角度出发，可为多孔介质渗透系数的调控提供参考。

技术领域

本发明涉及一种多孔介质的渗透系数预测方法，特别涉及一种基于微观孔隙结构的多孔介质的渗透系数预测方法。

背景技术

多孔介质，是由多相物质所占据的共同空间，也是多相物质共存的一种组合体，没有固体骨架的那部分空间叫做孔隙，由液体或气体或气液两相共同占有，相对于其中一相来说，其他相都弥散在其中，并以固相为固体骨架，构成空隙空间的某些空洞相互连通，例如工程中常见的岩石、土、水泥土等都属于多孔介质材料的一种。

渗透系数，又称水力传导系数，定义是单位水力梯度下通过的单位流量，是用于描述材料渗透性强弱的重要指标。目前对于渗透系数的研究中，一般是通过建立其与孔隙比的经验关系来进行预测的，这种方法对其相关机理的研究不够深入，鲜有见到从微观角度预测渗透系数的理想方法。

下面介绍几种常见的多孔介质材料渗透系数预测模型：最常见的直线毛细管模型，是将多孔介质描述为由许多直线平行通道构成的圆柱形。其渗透性被表示为孔隙率的线性函数：

式中：p——孔隙率；

d——从孔径分布中估算得到的通道直径

Carman-Kozeny模型假定多孔介质由曲折的圆形通道组成，在这种方法下，渗透率被表示为特定表面积(As)的函数，而不是作为孔的特征尺寸的函数，表达方式如下：

式中：κ——从假定的多孔介质网络模型中估算出的形状因子

上述几种常用的模型中，依旧存在着问题，对于第一类模型而言，假定了所有的孔隙都参与了流动过程，此外，通过相同尺寸的通道来表示多孔介质也是不现实的；而第二类模型被认为仅适用于砂土、粉土等无粘性的土体，而不适用于黏土等，不具备适应性。

发明内容

本发明解决现有技术中存在的上述技术问题，提供一种基于微观孔隙结构的多孔介质的渗透系数预测方法。

为解决上述问题，本发明的技术方案如下：

一种基于微观孔隙结构的多孔介质的渗透系数预测方法，包括以下步骤：

步骤1，对多孔介质进行压汞试验(MIP)，根据实验结果获得多孔介质的累计进汞量曲线；

步骤2，将所述累计进汞量曲线中的累计进汞体积V对孔径进行求导，得到孔径分布密度函数曲线；

步骤3，利用步骤2所述孔径分布密度函数曲线计算多孔介质的孔隙收缩系数δ；

步骤4，将步骤3得到的孔隙收缩系数δ带入预测模型，即可得到多孔介质的渗透系数预测值，所述预测模型的表达式为：

式中，ε_p表示为多孔介质的孔隙率；

τ表示为曲折度；

R_n表示为压汞试验得出的最小孔径对应的半径；

γ——水的重度。