數(shù)字巖心及3D打印在巖石滲流：變形機理研究中的應(yīng)用

目錄
第1章 緒論 1
1.1 研究背景與意義 1
1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2
1.2.1 微觀孔隙結(jié)構(gòu)獲取與表征方法 2
1.2.2 基于孔隙結(jié)構(gòu)圖像的模型重建技術(shù) 4
1.2.3 多孔介質(zhì)流體流動的輸運方程 8
1.2.4 滲流物理模擬實驗技術(shù) 11
1.2.5 3D打印技術(shù)的研究進展及應(yīng)用現(xiàn)狀 16
1.3 主要研究內(nèi)容 18
第2章 孔隙結(jié)構(gòu)測試與表征方法適用性評價 20
2.1 孔隙結(jié)構(gòu)測試的間接技術(shù) 20
2.1.1 壓汞法 20
2.1.2 氣體吸附法 22
2.1.3 核磁共振法 25
2.2 孔隙結(jié)構(gòu)測試的直接技術(shù) 27
2.2.1 薄片分析法 27
2.2.2 掃描電鏡法 28
2.2.3 CT掃描法 30
2.3 不同測試技術(shù)的對比分析及適用性評價 31
2.4 本章小結(jié) 33
第3章 基于CT圖像的孔喉特征評價及模型重構(gòu) 34
3.1 巖心CT成像實驗 34
3.1.1 巖心CT成像技術(shù)與設(shè)備 34
3.1.2 巖心CT圖像 37
3.2 CT圖像處理技術(shù) 39
3.2.1 圖像增強與預(yù)處理 39
3.2.2 圖像降噪與分割 41
3.3 基于CT圖像的孔喉特征分析 45
3.3.1 確定表征單元體(REV) 45
3.3.2 孔隙度計算 46
3.3.3 孔徑分布計算 48
3.4 基于圖像的模型重建 51
3.4.1 孔隙網(wǎng)絡(luò)模型 52
3.4.2 有限元網(wǎng)格模型 56
3.5 本章小結(jié) 61
第4章 基于CT圖像的滲透率模擬方法及殘余流體捕集-動用機理研究 62
4.1 滲透率的實驗測試方法與理論 62
4.2 孔隙尺度滲透率計算方法研究 64
4.2.1 基于圖像像素直接模擬法 65
4.2.2 格子玻爾茲曼模擬法 67
4.2.3 孔隙網(wǎng)絡(luò)模擬法 68
4.2.4 有限元模擬法 69
4.2.5 經(jīng)驗公式法 71
4.3 不同滲透率計算方法的對比分析 73
4.3.1 計算精度的對比 73
4.3.2 計算效率的對比 75
4.4 毛細管數(shù)對兩相流動的影響 76
4.4.1 孔隙尺度重建模型與VOF理論 77
4.4.2 微觀毛細管數(shù)(Camicro) 80
4.4.3 宏觀毛細管數(shù)(Camacro) 82
4.5 本章小結(jié) 83
第5章 巖石3D打印制備及其孔滲參數(shù)實驗測試 84
5.1 3D打印技術(shù)研究 84
5.1.1 3D打印技術(shù)理論 84
5.1.2 復(fù)雜多孔介質(zhì)3D打印制備 87
5.2 3D打印孔隙結(jié)構(gòu)模型制備 88
5.2.1 圖像處理 88
5.2.2 表面三角網(wǎng)格模型構(gòu)建 89
5.2.3 基于尺度放大的模型打印 90
5.3 3D打印模型的室內(nèi)測試 95
5.3.1 氦氣孔隙度測試 95
5.3.2 高壓壓汞測試 97
5.4 打印模型與數(shù)字模型的對比分析 100
5.5 本章小結(jié) 103
第6章 基于3D打印微觀模型的可視化滲流實驗 104
6.1 傳統(tǒng)微觀滲流模型 104
6.2 3D打印微觀滲流模型 106
6.2.1 數(shù)字模型設(shè)計與轉(zhuǎn)換 106
6.2.2 3D打印微觀模型的制備 107
6.2.3 微觀模型結(jié)構(gòu)及潤濕性表征 110
6.3 微觀滲流實驗方法 113
6.3.1 實驗儀器 113
6.3.2 實驗流體 114
6.3.3 實驗流程 115
6.4 實驗結(jié)果與微觀滲流機理分析 116
6.4.1 實驗結(jié)果處理與分析 116
6.4.2 潤濕性對水驅(qū)油過程的影響 120
6.4.3 優(yōu)先流動路徑 122
6.5 本章小結(jié) 125
第7章 粉末基3D打印巖石的力學特性及微觀變形-破壞行為研究 126
7.1 不同基材3D打印巖石的制備研究 126
7.1.1 黏結(jié)劑噴射3D打印巖石 127
7.1.2 選擇性激光燒結(jié)3D打印巖石 130
7.2 3D打印巖石強度及變形特征 132
7.2.1 實驗方法及設(shè)備 132
7.2.2 單軸壓縮試驗強度及變形破壞特征 134
7.2.3 三軸壓縮試驗強度及變形破壞特征 137
7.3 單軸壓縮下3D打印巖石破壞的原位CT成像研究 138
7.3.1 實驗設(shè)備與實驗樣品 138
7.3.2 實驗方案與步驟 140
7.3.3 實驗結(jié)果與分析 141
7.4 3D打印巖石的微觀結(jié)構(gòu)特征研究 146
7.4.1 孔-喉分布及配位數(shù) 147
7.4.2 潤濕性與滲透率 150
7.4.3 膠結(jié)劑分布、孔隙類型及顆粒接觸形式 151
7.5 3D打印巖石微觀膠結(jié)形態(tài)及微觀破壞模式研究 158
7.6 本章小結(jié) 159
參考文獻 160