非侵入式可视化实验技术在地下水多相渗流研究中的应用探索
邹双梅1
陶韩旖旎1
康侬1
江伊蕊1
万文杰2
韩贻皓1
Moussa Ouattara1
许沛星1
陈冬1
郭正怀3
李帅4
1.中国地质大学(武汉)资源学院,武汉 4300742.中国石油长庆油田分公司工程造价部,西安 7100003.东北石油大学三亚海洋油气研究院,三亚 5720004.中国地质大学(武汉)地球物理与空间信息学院,武汉 430074
摘要：地下水作为全球战略性淡水资源,其运移机制直接影响生态系统稳定性、污染靶向修复及地热能开发等重大工程决策.然而,天然多孔介质(如含水层砂砾、裂隙岩体)普遍具有非均质拓扑结构与显著的跨尺度效应,使地下多相流动呈现出复杂的非线性行为.传统水文观测手段受限于空间分辨率,难以揭示孔隙尺度上的流动机制与相互作用过程.为突破上述瓶颈,本研究基于高分辨率CT扫描与微流控芯片技术,构建了一套非侵入式、可实现微米级分辨率的原位可视化实验平台,用于多孔介质中多相流动过程的动态观测与参数定量.实验系统测量了孔隙结构中流体饱和度分布、界面形貌演化及毛细压力变化,结果表明:(1)润湿性作为控制多相渗流行为的关键参数,其调控效应贯穿孔隙尺度的流体分布、界面形貌演化以及岩心尺度的渗流响应全过程.通过调节润湿性,可显著改变砂质多孔介质中流体的空间迁移路径与界面力学状态,进而引发流体界面结构重构与连通性变化.这些微观过程直接影响驱替效率与残余流体分布特征,最终导致相对渗透率响应特征的显著差异.(2)在不同润湿性、黏度比与流速条件下,多相流表现出多样化的流动模式及能量转化特征.润湿性、流速与黏度协同调控界面稳定性与功-能路径结构,尤其在毛细力向黏性力主导转变的临界区,外部功显著增加,界面能剧烈波动.此外,本文还评估了CT-微流控联合技术在多相渗流研究中的应用优势与技术挑战.研究成果为地下水污染修复、多相渗流效率提升等工程问题提供了关键微观机制支撑,展现了非侵入式高分辨率实验技术在环境与能源工程领域的广泛应用潜力.
关键词：多孔介质多相流高分辨率成像润湿性相对渗透率能量耗散
分类号：P631(天文学、地球科学)
论文发表日期：2026-03-31
在线出版日期：2025-11-07（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：19( 191-209 )
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