第５２卷第３期
２ ０ １ ２ 年 ５ 月
大 连 理 工 大 学 学 报
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｄａｌｉａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
Ｖｏｌ ．５２ ， Ｎｏ ．３
Ｍａｙ ２ ０ １ ２
文章编号 ：１０００‐８６０８（２０１２）０３‐０３４３‐０７
水 平 通 道 内 黏 性 指 进 现 象 ＬＢ Ｍ 模 拟
李 维 仲
倡
， 董 波 ， 宋 永 臣
（ 大连理工大学 海洋能源利用与节能教育部重点实验室 ，辽宁 大连 １１６０２４ ）
摘要 ：
采用格子 Ｂｏｌｔｚｍａｎｎ 方法（ＬＢＭ ）研究了水平通道内非混相驱替过程中的黏性指进现
象 ．考察流动方向与重力方向垂直时 ，驱替和被驱替流体间黏度比及壁面可润湿性的影响 ，比
较了不同条件下的指进前缘形状 ，并利用突破时间和面积扫掠效率分析了驱替效率 ．研究表
明 ，在重力的影响下 ，指进前缘形状关于水平通道的中心线是非对称的 ．随着非混相流体间黏
度比的增大 ，指进现象也随之增强 ，导致驱替效率降低 ．当驱替流体不易润湿通道壁面时 ，指
进现象被强化 ；当驱替流体易于润湿通道壁面时 ，指进现象则被抑制 ．
关键词 ：黏性指进 ；非混相流体 ；表面可润湿性 ；黏度比
中图分类号 ：ＴＥ３１９ 文献标志码 ：Ａ
收稿日期 ：２０１０‐１０‐１１ ； 修回日期 ：２０１２‐０３‐２５ ．
基金项目 ：国家自然科学基金资助项目 （５０９７６０１７ ；５０７３６００１） ．
作者简介 ：李维仲
倡
（１９５６‐） ，男 ，教授 ，博士生导师 ，Ｅ‐ｍａｉｌ ：ｗｚｈｏｎｇｌｉ＠ ｄｌｕｔ ．ｅｄｕ ．ｃｎ ．
０ 引 言
黏性指进现象广泛存在于油气开采过程中 ，
是多相渗流的重要特征之一 ．指进现象的出现会
导致驱替流体的过早突破 ，使得波及体积减小 ，原
油采收率降低 ，因此研究者对这一现象进行了大
量的研究 ．线性稳定性分析方法被广泛用来分析
毛细扩散 、黏度比以及岩石可润湿性对指进现象
的影响 ，但至今 ，还没有一套基于连续介质假设的
相对成熟的理论来描述指进现象的演化过程和定
量地刻画其形态特征
［１ 、２］
．此外基于分形理论的
扩散限制凝聚模型
［３］
也被用来模拟多孔介质内非
混相驱替过程中的指进现象 ，虽然取得了一定进
展 ，但是还需进一步探讨分形理论的物理意义与
黏性指进的物理机制的内在联系
［４］
．
格子 Ｂｏｌｔｚｍａｎｎ 方法 （ＬＢＭ ）是一种介于微
观的流体分子动力学模型和宏观的连续介质模型
的介观方法 ．该方法算法简单 ，易于程序化处理 ，
具有良好的并行特性 ，近十几年来发展非常快 ．
ＬＢＭ 已经被广泛地应用于多相多组分流体系统
及工程传热传质问题等多个领域 ，包括黏性指进
等复杂现象 ．Ｃｈｉｎ 等
［５］
研究了二维通道内的两组
分流体驱替问题 ，分析了不同黏度比对驱替过程
的影响 ．Ｇｒｏｓｆｉｌｓ 等
［６］
通过分析密度等值线讨论
了 Ｈｅｌｅ‐Ｓｈａｗ 槽 的 指 进 不 稳 定 性 问 题 ．Ｋａｎｇ
等
［７］
考察了二维通道内黏度比 、毛细管数 、表面可
润湿性对指进现象的影响 ．Ｈｕａｎｇ 等
［８］
研究了二
维多孔介质内的驱替过程中 ，黏性比以及壁面可
润湿性对黏性耦合问题的影响 ．Ｂｏｅｋ
［９］
模拟了二
维通道内的黏性指进现象 ，以及多孔介质内的两
相驱替问题 ．这些研究讨论了黏度比的影响 ，但是
大多忽略了重力作用 ．Ｃｈａｕ 等
［１０］
考察了二维多
孔介质内排驱过程中 ，流体流动方向和重力方向
相同时的情况 ．然而 ，流体流动方向与重力方向垂
直情况下的研究尚未见报道 ．本文着重讨论水平
通道内非混相驱替过程中黏性指进现象 ，考察当
流动方向与重力方向垂直时 ，黏性比以及壁面可
润湿性对指进形成 、前缘形状以及驱替效率的影
响 ．
１ ＬＢＭ 简介
本文采用 Ｓｈａｎ 和 Ｃｈｅｎ 于 １９９３ 年
［１１］
提出的
多组分模型（伪势模型）来进行两相流体的驱替过
程模拟 ．该模型中 ，对于模拟非混相流体系统而
言 ，流体间界面可以自动形成 ，而不需要像传统方
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