论文部分内容阅读
纳米通道中液体流动特征对多孔膜分离提纯、微流控芯片和微机电系统的研究与制造及非常规油气资源的开发具有十分重要的作用。目前,针对微纳米尺度下的液体流动特征研究主要集中在微米尺度,纳米尺度下的油流动特征及油-水两相流动特征研究较少,流动机理尚不明晰,为了研究纳米尺度下液体流动特征,本文开展了固体壁面油接触角分子动力学模拟、油在纳米通道阵列中的流动特征研究以及纳米通道阵列中非稳态水驱油流动特征研究。通过本文的分子动力模拟及实验结果表明:利用分子动力学模拟作为手段,进行固体壁面上油接触角模拟,发现在纳米级尺度下,壁面厚度和油滴分子数对油滴接触角影响不大,油滴接触角随着壁面相互作用势能的增大而线性减小。纳米通道阵列中油的流动特征实验表明:单相油在纳米通道中的流动符合传统Hagen-Poiseuille方程所描述的线性特征,但实验体积流量小于理论体积流量;边界层占比随着压力梯度的增大而非线性降低,并最终趋向于一个定值,当剪切速率趋近于0时,实验结果与理论相符:边界层占比等于1,且小剪切速率时,边界层占比随着剪切速率的增大而迅速降低,大剪切速率时,边界层占比随着剪切速率的增大而缓慢减小,并趋向于不变;当压力梯度相同时,阻力系数比随着管径的增大而减小,且在同一纳米通道中,阻力系数比随着压力梯度的增大而减小并趋向于一个定值;单相油在纳米通道中的流动存在拟启动压力梯度,且拟启动压力梯度随着纳米管径的增大而减小。纳米通道阵列中非稳态恒压水驱油流动特征实验表明:纳米通道中水驱油的体积流量随着驱替时间的增加整体上呈现非线性减小的特征,且流量始终低于相同条件下的单相油和单相水的体积流量;纳米通道中水驱油过程中存在明显流量波动区域时间,波动时间长度随着管径的增加而减小;纳米通道中水驱油变化特征与超低渗以下的柱状标准岩心水驱油变化特征类似,可作为超低渗油藏水驱开发及产量预测的辅助手段,为从事相关研究的学者开展进一步的深入研究提供参考。