岩石裂隙粗糙程度对渗流惯性效应的影响机制

摘要

为研究粗糙裂隙渗流惯性效应的演化规律，采用分段线性法生成了粗糙裂隙面.基于格子Boltzmann方法，采用半反弹格式表征粗糙裂隙壁面与流体间的相互作用，建立了模拟粗糙岩石裂隙渗流过程的数值计算模型.根据有限差分方法对计算得到的渗流速度场进行数学离散，并结合动量守恒方程求解了粗糙裂隙渗流流体的黏性压降与惯性压降.探究了壁面粗糙程度、驱动压差、局部漩涡对裂隙渗流惯性效应演化规律的影响.研究结果表明：渗流惯性效应主要受控于流体的渗流流速及其空间变化率，粗糙壁面促使流体渗流流速大小、方向发生改变，从而产生惯性效应，截面平均压降与壁面起伏高度具有相似的变化趋势.随着裂隙渗流驱动压差的增大，渗流惯性效应加剧，截面平均压降增大，在壁面凸起处截面平均惯性压降的增大效果尤为显著.局部漩涡加剧了动能损耗，且漩涡结构内部的压力耗散以黏性压降为主，直至靠近漩涡边界时惯性压降才逐渐呈增长趋势.

关键词

粗糙裂隙 / 惯性效应 / 格子Boltzmann方法 / 渗流