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为什么研究流变性? 流变性实验 粘弹性本构模型 驱替实验 边界层理论、吸附表征等 阻力系数 RF 残余阻力系数 RRF 驱替实验数据回归 渗流特征如何下手? 第二页,共三十五页,2022年,8月28日 1.流变性 2.渗透率下降系数 3.吸附现象的数学描述 4.化学剂对流、扩散 5.相渗曲线 6.乳化现象的数学描述 化学驱渗流需解决的问题 第三页,共三十五页,2022年,8月28日 目录 第一节 流变学基本概念 第二节 纯黏性液体的渗流 第三节 一维理想扩散渗流方程及解 第四页,共三十五页,2022年,8月28日 第一节 流变学基本概念 描述流体运动规律包括两个方面: 连续的运动方程; 物体的流变性方程(本构方程)。 流变性:物体受到外力作用发生流动和变形的性质。 本构方程:表示剪切力和剪切速度关系的方程。 流体有两种类型的流变状态方程: 速率型 积分型 一、基本概念 第五页,共三十五页,2022年,8月28日 第一节 流变学基本概念 流体 非牛顿流体 牛顿流体 纯黏性的非牛顿流体(黄原胶) 黏弹性的非牛顿流体(聚丙烯酰胺) 流体的简单剪切流中,应力张量可以用3个独立函数表示 切应力 第一法向应力差 第二法向应力差 其中法向应力函数描述了流体的弹性。 第六页,共三十五页,2022年,8月28日 第一节 流变学基本概念 流变曲线 0 塑性流体 拟塑性流体 膨胀性流体 牛顿流体 二、纯粘性流体流变特性 塑性流体 拟塑性流体 膨胀性流体 与剪切速率有关: 与时间有关: 触变性流体 震凝性流体 0 震凝性流体 牛顿流体 触变性流体 第七页,共三十五页,2022年,8月28日 第一节 流变学基本概念 三、粘弹性流体流变特性 粘弹性流体:既具有流体的粘性特征,又具有固体的弹性特征。 0 x y 0 x y 特征存在第一方向应力差: 粘弹性流体非牛顿流体所具有的弹性和纯固性的弹性有所不同,表现为缓慢且微弱的蠕变,测量具有较大困难。 第八页,共三十五页,2022年,8月28日 聚合物溶液为高分子溶液,具有黏性和弹性双重特性,在剪切流动中,不仅其黏度函数与剪切持续时间有关,而且还存在法向应力差,由于法向应力差的存在产生许多特殊的流动现象。 威森伯格效应 射流胀大和弹性回复 无管虹吸 连滴效应 同心环空轴向流 弹性不稳定流动 减阻、汤姆斯效应 收缩口流动和渗流 孔压力误差 液流反弹 第一节 流变学基本概念 第九页,共三十五页,2022年,8月28日 ①威森伯格效应 a.牛顿流体 b.黏弹流体 低分子流体:轴棒附近的流体因受离心力将被向外推,杯中心临近的液面下降。 高分子流体:流体趋向中心,攀轴而上。 即使在很低的转速下,爬杆现象也十分显著。轴旋转越快,流体上爬越高。 第一节 流变学基本概念 第十页,共三十五页,2022年,8月28日 ②射流胀大和弹性回复 牛顿流体的射流直径De几乎相等圆管直径D; 黏弹流体的射流直径De却大于D,呈胀大形状。 胀大比:射流直径与圆管直径之比De/D,它是流速和管长的函数。某些高分子聚合物溶液的胀大比可达3-4。 弹性回复:当突然停止挤出,并剪断挤出物,挤出物发生回缩。这是未松弛的法向应力促使流线收缩的结果。 a.牛顿流体 b.黏弹流体 第一节 流变学基本概念 第十一页,共三十五页,2022年,8月28日 ③无管虹吸现象 a.牛顿流体 b.黏弹流体 牛顿流体:在虹吸实验中,当虹吸管提离液面,虹吸就停止了。 高分子液体:把虹吸管提起很高,液体还是源源不断地从杯上抽起(无管虹吸)。 更简单地,连虹吸管也不要,将装满该流体的烧杯微倾,使流体流下,这过程一旦开始,就不会中止,直至杯中流体都流光。 第一节 流变学基本概念 第十二页,共三十五页,2022年,8月28日 第二节 纯黏性液体的渗流 一、塑性流体径向稳定渗流 0 塑性流体 拟塑性流体 膨胀性流体 得 积分得 产量公式 第十三页,共三十五页,2022年,8月28日 第二节 纯黏性液体的渗流 二、塑性流体径向不稳定渗流 在流动区域rR(t)中,近似解为: 外边界条件 内边界条件 第十四页,共三十五页,2022年,8月28日 第二节 纯黏性液体的渗流 对于恒定产量Q 得到: 根据定义 代入,整理 第十五页,共三十五页,2022年,8月28日 第二节 纯黏性液体的渗流 井底压力:由于 对于 当 较小时,存在 当 较大时,存在 第十六页,共三十五页,2022年,8月28日 第二节 纯黏性液体的渗流 三、拟塑性流体的稳定渗流 第十七页,共三十五页,2022年,8月28日 第二节 纯黏性液体的渗流 四、拟塑性流体的不稳定渗流 假设条件: 油层等厚均质; 径向流;
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