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    188宝金博页面版: 不同极性牛顿流体的微尺度流动

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    内容提示： 2017 年 第 62 卷 第 25 期：2988 ~ 2996 引用格式: 吴九柱, 程林松, 李春兰, 等. 不同极性牛顿流体的微尺度流动. 科学通报, 2017, 62: 2988–2996 Wu J Z, Cheng L S, Li C L, et al. Flow of Newtonian fluids with different polarity in micro scale (in Chinese). Chin Sci Bull, 2017, 62: 2988–2996, doi: 10.1360/N972016-01171 ? 2017《中国科学》杂志社 www.scichina.com csb.scichina.com 《中国科学 》杂志社 SCIENCE CHINA PRESS 论 文 不同极性牛顿流体的微尺度流动 吴九柱 * , 程林松, 李春兰, 曹仁义, 陈...

    文档格式：PDF | 页数：9 | 浏览次数：35 | 上传日期：2017-10-10 21:41:15 | 文档星级：
    2017 年 第 62 卷 第 25 期：2988 ~ 2996 引用格式: 吴九柱, 程林松, 李春兰, 等. 不同极性牛顿流体的微尺度流动. 科学通报, 2017, 62: 2988–2996 Wu J Z, Cheng L S, Li C L, et al. Flow of Newtonian fluids with different polarity in micro scale (in Chinese). Chin Sci Bull, 2017, 62: 2988–2996, doi: 10.1360/N972016-01171 © 2017《中国科学》杂志社 www.scichina.com csb.scichina.com 《中国科学 》杂志社 SCIENCE CHINA PRESS 论 文 不同极性牛顿流体的微尺度流动 吴九柱 * , 程林松, 李春兰, 曹仁义, 陈长超, 徐中一 中国石油大学(北京)石油工程学院, 北京 102249 * 联系人, E-mail: 2015312032@student.cup.edu.cn 2016-10-20 收稿, 2017-01-22 修回, 2017-01-23 接受, 2017-03-29 网络版发表 国家重点基础研究发展计划(2015CB250902)、高等学校博士学科点专项科研基金(20130007120014)和国家自然科学基金(51574258, 51674273)资助 摘要 极性是影响流体微尺度流动的重要因素. 本文研究了去离子水(强极性, 极性10.2)和异丙醇(中等极性,极性4)在0.04~24.8 MPa/m, 半径7.5, 5, 2.5, 1 ?m微管中的流动规律. 结果表明, 微尺度下流体流动不再遵循泊肃叶定律, 流速偏低, 且表现出非线性特征. 随着压力梯度升高, 边界层厚度不断减小, 造成有效流动半径不断增大, 导致了流动的非线性. 当压力梯度升高到一定程度, 边界层厚度稳定, 非线性流过渡为线性流. 流体极性越强, 流固相互作用对流动影响越大, 消除黏度影响后, 去离子水的边界层厚度大于异丙醇, 非线性流动的压力梯度上限低于异丙醇. 关键词 微尺度, 微圆管, 非线性, 分子极性, 边界层厚度 随着微机电系统、生物学的发展, 以及致密油藏等以微纳米孔为主的非常规油气田的开发, 流体在微尺度下流动规律及其影响因素受到各领域学者越来越多的关注 [1,2] . 在固液接触面, 流固分子间存在氢键、范德华力等短程相互作用力 [3] . 宏观尺度下, 这些力对流动的影响很小, 但随着尺度减小, 流动空间的表体比急剧增加, 流固相互作用对流动的影响不可忽略. 大量实验、理论研究表明, 流体在微尺度下的流动规律不同于宏观尺度 [1,2,4~8] . 1990年, Pfahler等人[4] 发现异丙醇在截面100 ?m×0.8 ?m硅槽中流动的阻力系数大于理论值. Mala和Li [5] 也证实直径50 ?m的石英和不锈钢微管中水的流速低于理论值, 并且用考虑双电层效应的数学模型进行了验证 [6] . 在石油储层中, 由于流体成分、孔隙结构复杂, 流动也更加复杂. 马尔哈辛 [9] 认为, 由于极性物质的存在, 石油在多孔介质中的流动存在边界层. 黄延章 [10] 应用核磁共振技术证实了边界层的存在, 并且指出边界层流体不是绝对不流动, 只要方法得当仍可使其流动. Cui等人 [7] 发现去离子水、四氯化碳在直径3~10 ?m圆管中的阻力系数与理论值之比不恒为1, 而是随压力升高而增加. 岳湘安等人 [8] 发现聚合物HPAM溶液在内径100 ?m以下微管中的流速明显高于理论值. 流体极性对微尺度流动影响较大, 但目前针对极性对微尺度流动影响的研究较少. 同时, 现有研究的压力梯度集中在1~80 MPa/m, 而微尺度流动在 高、低压力梯度下的规律有可能不同. 油田开发过程中, 地层流体收到的压力梯度不超过1 MPa/m, 所 以低压力梯度下的微尺度流动研究对油田开发更有意义. 本文建立了微尺度流动温度、压力、流量的测量装置, 重点研究了0.04~24.8 MPa/m去离子水(极性

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