Pore-Scale Perspektive des Gas-/Wasser-Zwei-Phasen-Flusses in Schiefer

Zusammenfassung Die Transportverhalten sowohl von einphasigem Gas als auch von einphasigem Wasser auf Nanoskala weichen von den Vorhersagen der Kontinuumfluss-Theorie ab. Die Abweichung ist größer und komplexer, wenn Gas und Flüssigkeit gleichzeitig in einem Poren oder Netzwerk von Poren fließen. Wir entwickelten eine pseudopotentialbasierte Gitter-Boltzmann-Methode (LBM), um den Gas-/Wasser-Zwei-Phasen-Fluss auf Porebene zu simulieren. Ein zentrales Element dieser LBM ist die Einbeziehung von Fluid-/Fluid- und Fluid-/Festkörper-Wechselwirkungen, die erfolgreich die mikroskopischen Wechselwirkungen zwischen den Phasen erfassen. Um das Modell zu kalibrieren, simulierten wir eine Reihe einfacher und statischer nanoskaliger Zwei-Phasen-Systeme, einschließlich Phasentrennung, einer Laplace-Blase, Kontaktwinkel und einer statischen nanokonfinierten Blase. In dieser Arbeit zeigen wir die Anwendung unserer vorgeschlagenen LBM, um den Gas-/Wasser-Zwei-Phasen-Fluss in Systemen wie einer einzelnen Nanopore, zwei parallelen Nanoporene und nanoporösen Medien zu modellieren. Unsere LBM-Simulationen von statischen Wasserfilm- und Gasfilmszenarien in Nanopornen stimmen gut mit der Theorie des Abscheidungsdrucks überein und stellen kritische Schritte zur Validierung dieses Ansatzes dar. Diese Arbeit hebt die Bedeutung der Grenzflächenkräfte bei der Bestimmung des statischen und dynamischen Fluidverhaltens auf Nanoskala hervor. Im Abschnitt Anwendungen bestimmen wir die Wasserfilmdicke und den Abscheidungsdruck in einer hydrophilen Nanopore unter dem Drainageprozess. Anschließend modellieren wir die Wasseraufnahme in gasgefüllte parallele Nanoporene mit unterschiedlicher Benetzbarkeit und simulieren den Gas-/Wasser-Zwei-Phasen-Fluss in dualbenetzbaren nanoporösen Medien. Die Ergebnisse zeigten, dass isolierte Flecken organischer Materie (OMs) den Wasserfluss behindern und die relative Wasserpermeabilitätskurve bei Wassersättigung = 1–volumetrischem Gesamtoorganischem Kohlenstoff (TOC) abbricht. Die Restgassättigung wird ebenfalls durch den volumetrischen TOC kontrolliert, was auf die Isolation organischer Flecken durch das sättigende Wasser zurückzuführen ist; daher bricht die relative Gaspermeabilitätskurve bei Wassersättigung (= 1–volumetrischer TOC) ab.