·994· 工程科学学报，第41卷，第8期 提升[2 48.91%,剪切作用下球棍比提升的比率为9.34%. 4.2“球棍比”的剪切排水机理 球棍比反映出孔隙和喉道在空间体积中的分布关 4.2.1球棍比 系，球棍比越大，说明孔隙空间的连通性能越好，越 本文在孔喉比的基础上针对PNM提出了球棍 有利于球体中的水分运移至棍体，从而将水分排出. 比的概念，即球体体积与棍体体积的比值.借助球 4.2.2基于“球棍比”的排水机理分析 棍比可以直观的表示孔隙网络模型中球体和棍体的 球棍比的变化即球体与棍体在孔隙空间体积上 变化特点，定量研究剪切作用下孔隙和喉道的变化 的对应变化关系：反映出实际情况下孔隙与喉道的 规律及导水通道的演化特征，公式如下所示. 对应变化，借助球棍比可以定量研究孔隙和喉道的 T是 变化规律与排水机理. (6) 无剪切作用时球棍比的值为48.91%，球棍比 其中，T为球体体积与棍体体积的比值，Q表示球体 的值较小，说明球体体积相对于棍体体积较小，球体 体积，Q表示棍体体积 体积小且水分含量较少，此时棍体体积较大，水分多 (1)有/无剪切作用下的球体体积分别占据总 集中在棍体中.剪切作用下的球棍比为53.48%，虽 体积的12.75%和14.14%，剪切作用下体积占比降 然球体和棍体的体积都有减少，但是球棍比的值有 低的比率为9.83%，剪切作用对球体体积的影响 所增加：说明剪切作用对棍体的影响更大，剪切作用 不大. 减少了棍体体积并将棍体中的大量水分排出 (2)有/无剪切作用下的棍体体积分别占据总 剪切作用下的球体体积和棍体体积都在同时减 体积的23.84%和28.91%.剪切作用下体积占比 少，但是球棍比的值增加：说明棍体体积的下降程度 降低的比率达到17.54%.剪切对棍体体积影响较 大于球体体积的下降程度.剪切作用可以同时减少孔 大，说明剪切作用可以明显降低喉道的体积 隙和喉道的体积并将水分排出，但是剪切作用对喉道 (3)有/无剪切作用下的球棍比为53.48%和 的影响大于对孔隙的影响，喉道变化如图13所示 吕数 200um 图13有/无剪切作用下喉道变化示意图.(a)剪切作用下孔隙喉道示意图：()无剪切作用下孔隙喉道示意图 Fig.13 Schematic diagrams of the evolution of throats with and without shearing:(a)schematic diagrams of throats with shearing;(b)schematic di- agrams of throats without shearing 发现剪切作用下的球体和棍体数量增加了16.5% 5结论 和22%，说明剪切作用可以增加导水通道的数量. (1)浓密实验得出在有/无剪切作用下的底流 (3)通过孔隙网络模型的建立，实现了细观孔 浓度分别为58.5%和55.8%，床层高度分别为20 隙结构变化的定量表征和分析.剪切作用对球体平 和30cm,停留时间分别为34和87min.剪切作用使 均半径影响不大，但是可以降低半径在0~10um的 得孔隙率由43.05%降低到36.59%，孔隙率降低的 微球体和35~80m的大尺寸球体的含量.剪切作 比率为15%. 用将棍体平均半径由9.83m降低至8.58μm,降 (2)利用最大球搜索算法识别压缩床层中的三 低了12.7%，剪切作用对棍体平均半径有较大的影 维导水通道，发现主导水通道在纵面上呈现上下连 响，对棍体平均长度影响不大.剪切作用可以增加 贯分布，次导水通道则伴随主导水通道随机分布. 球体的平均配位数，将5~10范围内的配位数占比工程科学学报,第 41 卷,第 8 期 提升[24] . 4郾 2 “球棍比冶的剪切排水机理 4郾 2郾 1 球棍比 本文在孔喉比的基础上针对 PNM 提出了球棍 比的概念,即球体体积与棍体体积的比值. 借助球 棍比可以直观的表示孔隙网络模型中球体和棍体的 变化特点,定量研究剪切作用下孔隙和喉道的变化 规律及导水通道的演化特征,公式如下所示. T = QB QS (6) 其中,T 为球体体积与棍体体积的比值,QB表示球体 体积,QS表示棍体体积. (1)有/ 无剪切作用下的球体体积分别占据总 体积的 12郾 75% 和 14郾 14% ,剪切作用下体积占比降 低的比率为 9郾 83% ,剪切作用对球体体积的影响 不大. (2)有/ 无剪切作用下的棍体体积分别占据总 体积的 23郾 84% 和 28郾 91% . 剪切作用下体积占比 降低的比率达到 17郾 54% . 剪切对棍体体积影响较 大,说明剪切作用可以明显降低喉道的体积. (3) 有/ 无剪切作用下的球棍比为 53郾 48% 和 48郾 91% ,剪切作用下球棍比提升的比率为 9郾 34% . 球棍比反映出孔隙和喉道在空间体积中的分布关 系,球棍比越大,说明孔隙空间的连通性能越好,越 有利于球体中的水分运移至棍体,从而将水分排出. 4郾 2郾 2 基于“球棍比冶的排水机理分析 球棍比的变化即球体与棍体在孔隙空间体积上 的对应变化关系;反映出实际情况下孔隙与喉道的 对应变化,借助球棍比可以定量研究孔隙和喉道的 变化规律与排水机理. 无剪切作用时球棍比的值为 48郾 91% ,球棍比 的值较小,说明球体体积相对于棍体体积较小,球体 体积小且水分含量较少,此时棍体体积较大,水分多 集中在棍体中. 剪切作用下的球棍比为 53郾 48% ,虽 然球体和棍体的体积都有减少,但是球棍比的值有 所增加;说明剪切作用对棍体的影响更大,剪切作用 减少了棍体体积并将棍体中的大量水分排出. 剪切作用下的球体体积和棍体体积都在同时减 少,但是球棍比的值增加;说明棍体体积的下降程度 大于球体体积的下降程度. 剪切作用可以同时减少孔 隙和喉道的体积并将水分排出,但是剪切作用对喉道 的影响大于对孔隙的影响,喉道变化如图13 所示. 图 13 有/ 无剪切作用下喉道变化示意图 郾 (a) 剪切作用下孔隙喉道示意图; (b) 无剪切作用下孔隙喉道示意图 Fig. 13 Schematic diagrams of the evolution of throats with and without shearing: (a) schematic diagrams of throats with shearing; (b) schematic di鄄 agrams of throats without shearing 5 结论 (1)浓密实验得出在有/ 无剪切作用下的底流 浓度分别为 58郾 5% 和 55郾 8% ,床层高度分别为 20 和 30 cm,停留时间分别为 34 和 87 min. 剪切作用使 得孔隙率由 43郾 05% 降低到 36郾 59% ,孔隙率降低的 比率为 15% . (2)利用最大球搜索算法识别压缩床层中的三 维导水通道,发现主导水通道在纵面上呈现上下连 贯分布,次导水通道则伴随主导水通道随机分布. 发现剪切作用下的球体和棍体数量增加了 16郾 5% 和 22% ,说明剪切作用可以增加导水通道的数量. (3)通过孔隙网络模型的建立,实现了细观孔 隙结构变化的定量表征和分析. 剪切作用对球体平 均半径影响不大,但是可以降低半径在 0 ~ 10 滋m 的 微球体和 35 ~ 80 滋m 的大尺寸球体的含量. 剪切作 用将棍体平均半径由 9郾 83 滋m 降低至 8郾 58 滋m,降 低了 12郾 7% ,剪切作用对棍体平均半径有较大的影 响,对棍体平均长度影响不大. 剪切作用可以增加 球体的平均配位数,将 5 ~ 10 范围内的配位数占比 ·994·