介绍

在石油储层、气相色谱和离子交换柱、工业固定床接触器等的研究中，遇到了多组分单相流经多孔介质的问题。这些特殊示例跨越了可能的各种流动条件；雷诺数小于10在石油生产问题中并不罕见，而大于10的雷诺数在大型固定床操作中很常见。由于在此范围内流动特性的变化，以及多孔介质固有流动边界的不规则性，流动相关输运现象的研究变得复杂。分散是一种重要的现象，它从根本上取决于流动条件以及流体和介质特性。如本文所用，术语“分散”是指在流动系统中观察到的不同成分流体元素的混合。实际机制可能是下面列出的一个或多个数字。虽然横向弥散是某些耦合机制的一部分，但这里只考虑平均流方向的弥散（称为轴向或纵向弥散（或混合））。

纵向扩散机制

已知许多不同的机制会导致纵向弥散现象。其中更重要的是如下。

  1. 流动方向上的分子扩散。

  2. 湍流（细胞）混合。

  3. 横向运输过程与速度和/或停留时间分布相耦合，包括：

    • 单个孔隙中速度分布与侧向分子扩散相互作用引起的“泰勒”扩散；

    • 颗粒周围具有不同速度的水流的分离、再混合或相互扩散；和

    • 粘性不稳定性或不均匀孔隙度引起的总速度剖面与横向弥散的耦合。

  4. 多孔基质和流动相之间的有限传质速率，以及多孔基质元件内部的有限扩散速率。

事实证明，这些机制无论是单独作用还是组合作用，都会产生基本上类似的整体效应。观测到的弥散可以用适当选择弥散系数的扩散方程的解来近似描述。Klinkenberg和Sjenitzer讨论了色散和扩散等效的必要条件。显然，在许多实际系统中，这些条件并不完全满足。扩散方程的“最佳拟合”解通常与通常脉冲或步进实验系统的测量穿透曲线有明显偏差。特别是，脉冲响应曲线通常显示出某种程度的不对称性和“拖尾”，这是单参数扩散模型无法再现的。本文提出的三参数模型试图以现实的方式产生这些效果。对于某些参数值集，预测了对称性和尾迹，而对于其他参数集，新模型与扩散模型一致。

色散的速度依赖性

在气体和液体系统中，分子扩散明显控制在足够低的雷诺数。Re大于20时，低压气体流动以湍流胞混合为主；McHenry和Wilhelms的数据表明，在随机球形填料中，混合池的长度约为1个粒径。

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关键词：
逻辑与形式推理, 上游石油和天然气, 机制, 储层特征描述, 逻辑程序设计, 细胞模型, 速度剖面, 宽范围, 弥散系数, 不对称
学科：
多孔介质中的流动, 地层评价与管理, 储层特征描述, 储层流体动力学
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1963.原始版权美国采矿、冶金和石油工程师学会版权已过期。