Введение к работе
Актуальность исалелопашсХ. Гетерогенное состояние флюида является доминирующим в большинстве гидротермальных процессов . конвективного мзесолереносэ, протекающих в пористо* среде. Рассматривается наиболее распространешшй случай, когда гетерогенность обусловлена наличием в составе флюид газовых компонентов, способных наделяться а самостоятельную фазу. При фильтрации гетерофаэного газосодержацего флюида через природные пористые объекту следует ожидать возникновения сложного комплекса транспортных явлений, формирующих процесс гетеро~ фазной фильтрация. Явления тлеют двоякий взаимозависимый характер. С одной сорош это известные (Ю.В.Алехин, А.Г.Ваку-ленко, Л.З.Л.-кятанав, 1931) оффзктн, вызванные взаимодействием между гетерофазкым флввдом и гидрофильным пористым каркасом вмещающей среди, характзркзухшшея развитой удельной поверхностьи, и приводящие к изменению физико-химических свойств перового флюида. С другой сторони - влияние комплекса гидродинамических еффіктов, характерных для течения в капиллярно-пористых телазс со сложней топологией порового пространства (С.С.Кутателэдзе,' В.Е.Накоряков, 1931, H.Xenormand, I9S5).
Переход от емпарпчоского описания к разработке физз-ютиэлической модели фпльтргцни гетаррфзгного флвида требует установления ведущих закономерностей процесса, формирующих с^обеяностп протекания процессов дифференциации п гидродинамические свойства течения.
Таким образен, выявление главных закономерностей п. выяснение механизмов процесса двухфазной- фильтрации (ДФФ) является актуальной задачей: експериментальной геохимия гидротермальных процессов.
Основнойцельи,работы являлось проведение експериментальних исследований по следующим направлениям:
характеристика различных режямов фильтрация; з гидротермальных системах. Установление набора параметров, свидетельствующих 'о реализации реетма етациопаряой Д$3.
выявление существования, оценка масштабов н бнясйєееє при-.
- I -
чин дифференциации фаз и компонентов газовой фази при изотермической ДФФ, протекающей в стационарном режиме,за врамя от І04 до Ю6 оек.
- исследование транспортных закономерностей процесса, качест
венная а количественная характеристика микроструктуры фаэошх
потоков, измерение скоростей фильтрации фач п диапазоне 10~
-Э
- 10 см с в серии природных пористых оОразцов, величины
транспортных констант которых представляет геохимический интерес.
- установление слияния величины константи проницаемости в
диапазоне 10 - IG мД и пористости - 0.9 - ЕЯ й природных
мембран на свойства рекашов двухфазного течения и причин их
сыеш;.
При отоы решались следующие задачи:
І) выявление механизмов дшйсренциальпой подвикности, дей
ствующих на уровне локального норового пространства,
й) установлене кх влияний на особеїшооти структуры потоков к
на величиям потоков профільтрваипздхся фаз,
3) вшшлеідіе поляче стаєнних характеристик сиотемн
(пористость, прошщсешсть, пвличииі. газона сыщешюети, гради
ент давления), изменение которых свидетельствует о evens ре-
камов фильтрации фаз, . »
і) разработка ыепратидоречявш: моделей процессов разделения флвидныг фаз и компонентов гезоеой фази, протекающего в река-ые стационарной ДЗФ.
Й5ЕЙ52_1!2ё2222
1. Впервые установлено, что нараду с извеотнвыи равелтыи (оО—
гона тазовой фааой гадксй.-фазы и совместного течения фаз без
разделения) в слабопроницаемых природних пористых объектах,
трайспортные характеристики которйг представляют геологичес
кий интерес, реализуется рекам отставания газовой фазы от
.кпдкой фазы при отацноаарной изотермической ДїФ. Выявлены Критические значения тр'анспгчэтпшж констант, разделяющие области трех различных рэгзшов фильтрации системы чода-аргон.
2. Экспериментально установлено пблвчие разделения компонен
тов: газовой фазы при ДЗ» систем*, вода - Сяяаряая газовия
СМЄОІІ * . ' ' . ' * ;
~ 2 ~
3. Р зработана иэтоднка газохроматогрвфичэской регистрация
потоков профильтровавшиеся фаз, базирующаяся на метода '.top-
flow (C.S.a.PhylLipa, 1971) анализа, которая позволила прово
дить количественные измерения потоков профильтровавшихся фаз
за время, меньшее характерного времени флуктуации расходов.
Данные возможности методики позволили открыть и количественно охарактеризовать наличие дискретной во времени оставляющей газового потока. Также охарактеризовать непрерывную составляющую газового потока а микроструктуру потока воды.
4. Предложено непротиворечивое описание механизма движения
газовой ф зы в поровом пространстве, основанное на статисти
ческой обработке данных, измеряемых на выходе из пористой
мембраны.
I. Разработана методика газохроматогрзфнческого анализа, позволяющая на усовершенствованной експертів нтальной установка провести исследование законноыериостей процесса гетерофазной фильтрации системы вода-газ и вода - бинарная газовая смесь через природные пористые материалы.
3. Охарактеризованы явления концентрационного и фазового разделения, устанавливающегося в реяпме изотермической двухфазной фильтрации в системах вода-газ, - газовый фильтрационный еффект. Разделение выраяаетсп в изменении соотношении концентраций газа и воды, измеренных до и .после фильтра. Степень разделения растет с уменьшением градиента давления на изучея-ijx слабопроницаемых фильтрах. Для исследованной серии природных пористых материалов, величины -..ористости и проницаемости которых представительны для широкого спектра геохимических процессов гетерофазного конвективного «аесоперзноса, выделены три различных режима разделения фаз:
обгон газом жидкой фаза -барботвкнмй кремам при К 3.0-П.О мД,
совместное течение фаз без разделения - реяим гемо-генного течения при К_ 3.2 10 -3vQ ч<ф)
отставание газовой фазы от «иякоотн "При 1.3 10 -З.Я . 10-4 мД. '
3. Экспериментально изучена более близкая «тнряредаой ситуа-
ции модель с участием системы веда - бинарная газовая смесь (Аг-СО,,., иди АГ-ОН,, ИЛИ AT-IL).
В данной: модели сохраняйте общие закономерности, характерные для системи вода - один газовый компонент. Отличительная особенность'выражается в изменении соотношения кон-. центраций газовых компонентов, измеренного до а псслз фильтра ' в реяоше изотермической стационарной двуїфззнсЯ фильтрации. Степень концентрационного разделения' коррелирует с величиной относительной разницы к -ястаая' Генри газовім компонентов. 4. Обнаружено я охарактеризовано существование дискре ной составляющей потока газовой фазы при гетерогенном течения в пористой среде. Наличие составляющей фиксируется во всем даа-пазе і исследованных параметров, f >зникяовеняе дискретной с ставлягдей*является ободам'свойством гетерофазных течений в пористых материалах. Характеристики дискретной и непрерывной составлявших газового потока, установленные в експериментах і позволяют представить независимое подтверадеяие механизма глобулярного двикеїшя газовой фазы в поровом пространстве, на существование которого указано в ряде предшествующих исследований.
562222322522-22322235 подученных результатов заключается в выделении критических значении параметров, при которых . реализуются процессы фазовой и компоігвнтноЯ дифференциации, и установлении механизмов течения гетерофазного флюида в пористей среде.
Приведенные, результаты могут Сыть использованы при раз
работке и эксплуатации гидротермальных, пефтегаззвых мзето-
рогвдечий и внер. этических' систем. Они така:е имеют самостоя
тельное значение для химической технологии при ыеленецравлея-
ном. поиске материалов с ваданшаш- характеристиками разделе
ния. " .
?Ё??53221555_23225-5_У22Ж_?55525525^' 8 работе предотаалены результаты вкствриментоя, выполненных автором в период о 1984 по 1992 г.р. в Институте экспериментальной минералогии. Экспериментальное моделирование процесса Две осу- ' ществлено на Сазе' лаборатории г.иДротермальных процессов с привлечением методов гвзо.вой хроматографии. Проведено свше
- Ц -
80 егапершлентов продолжительностью от нескольких чаоов до нескольких десятков суток. Опыта проводились ігри комиат-ой температуре при трех-пяти значениях входного давления (от 3 до 150 бар). Использоватшадельныр системы: Н„0 - Аг, КрО -002, П20 - Аг-С02, HgQ - Аг-ОН., H2Q - Аг-Я,. Накопленный а реяиме непрерывной регистрации материал составлял от IQQ до 10 000 единиц информации. Обработка експеримент, дыгах данных, а также численное моделирование процесса ДК8 проведено яа ЭВМ.
Апробация работы. Результаты работы докладывалась на 4 Сессии Се зро-Кавказокого отделения ВМО АН СССР (Терскол, 1983), 5 Всесоюзном симпозиуме по кинетике и динамике геохимических процессе^ (Черноголовка, IS89), ежегодном семинаре по вкспериме .тальной геохимии (Москва, 1989), Мевдународном семинаре Межфазные явления в многофазном потоке (Югославия, Дубровник, 1990), НІ Всесоюзном совещании по экспериментальной минералогии (Миасо, І99Т), регистрационная часть экспериментальной установки удостоена бронзовой медали ВДНХ СССР в 1987г., а также на ег ягодных конференциях молодых ученых ШВ5-9ІГ.Г.
Диссертационная работа общим объемом страниц состоит из введения, 5 глав, заключения и списка литературы {ITS наименований), оодерант 14 таблиц, 22 рисунка.
