数字岩心及3D打印在岩石渗流-变形机理研究中的应用

本书将室内岩石孔隙结构测试、基于重建模型的数字岩心模拟和岩石3D打印技术有机结合，最终建立了一套多技术融合的岩心微观结构表征和岩石渗流-变形可视化物理模拟技术及计算方法。全书内容包括孔隙结构测试与表征方法适用性评价、基于CT图像的孔喉特征评价及模型重构、基于CT图像的渗透率模拟方法及残余流体捕集-动用机理研究、岩石3D打印制备及其孔渗参数实验测试、基于3D打印微观模型的可视化渗流实验、粉末基3D打印岩石的力学特性及微观变形-破坏行为研究。本书可供岩土工程、油气田开发工程及多孔介质传热传质等领域的科研人员以及高等院校的教师、研究生及本科生等参考。

第1章 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 微观孔隙结构获取与表征方法
1.2.2 基于孔隙结构图像的模型重建技术
1.2.3 多孔介质流体流动的输运方程
1.2.4 渗流物理模拟实验技术
1.2.5 3D打印技术的研究进展及应用现状
1.3 主要研究内容
第2章 孔隙结构测试与表征方法适用性评价
2.1 孔隙结构测试的间接技术
2.1.1 压汞法
2.1.2 气体吸附法
2.1.3 核磁共振法
2.2 孔隙结构测试的直接技术
2.2.1 薄片分析法
2.2.2 扫描电镜法
2.2.3 CT扫描法
2.3 不同测试技术的对比分析及适用性评价
2.4 本章小结
第3章 基于CT图像的孔喉特征评价及模型重构
3.1 岩心CT成像实验
3.1.1 岩心CT成像技术与设备
3.1.2 岩心CT图像
3.2 CT图像处理技术
3.2.1 图像增强与预处理
3.2.2 图像降噪与分割
3.3 基于CT图像的孔喉特征分析
3.3.1 确定表征单元体（REV）
3.3.2 孔隙度计算
3.3.3 孔径分布计算
3.4 基于图像的模型重建
3.4.1 孔隙网络模型
3.4.2 有限元网格模型
3.5 本章小结
第4章 基于CT图像的渗透率模拟方法及残余流体捕集-动用机理研究
4.1 渗透率的实验测试方法与理论
4.2 孔隙尺度渗透率计算方法研究
4.2.1 基于图像像素直接模拟法
4.2.2 格子玻尔兹曼模拟法
4.2.3 孔隙网络模拟法
4.2.4 有限元模拟法
4.2.5 经验公式法
4.3 不同渗透率计算方法的对比分析
4.3.1 计算精度的对比
4.3.2 计算效率的对比
4.4 毛细管数对两相流动的影响
4.4.1 孔隙尺度重建模型与VOF理论
4.4.2 微观毛细管数（Camicro）
4.4.3 宏观毛细管数（Camacro）
4.5 本章小结
第5章 岩石3D打印制备及其孔渗参数实验测试
5.1 3D打印技术研究
5.1.1 3D打印技术理论
5.1.2 复杂多孔介质3D打印制备
5.2 3D打印孔隙结构模型制备
5.2.1 图像处理
5.2.2 表面三角网格模型构建
5.2.3 基于尺度放大的模型打印
5.3 3D打印模型的室内测试
5.3.1 氦气孔隙度测试
5.3.2 高压压汞测试
5.4 打印模型与数字模型的对比分析
5.5 本章小结
第6章 基于3D打印微观模型的可视化渗流实验
6.1 传统微观渗流模型
6.2 3D打印微观渗流模型
6.2.1 数字模型设计与转换
6.2.2 3D打印微观模型的制备
6.2.3 微观模型结构及润湿性表征
6.3 微观渗流实验方法
6.3.1 实验仪器
6.3.2 实验流体
6.3.3 实验流程
6.4 实验结果与微观渗流机理分析
6.4.1 实验结果处理与分析
6.4.2 润湿性对水驱油过程的影响
6.4.3 优先流动路径
6.5 本章小结
第7章 粉末基3D打印岩石的力学特性及微观变形-破坏行为研究
7.1 不同基材3D打印岩石的制备研究
7.1.1 黏结剂喷射3D打印岩石
7.1.2 选择性激光烧结3D打印岩石
7.2 3D打印岩石强度及变形特征
7.2.1 实验方法及设备
7.2.2 单轴压缩试验强度及变形破坏特征
7.2.3 三轴压缩试验强度及变形破坏特征
7.3 单轴压缩下3D打印岩石破坏的原位CT成像研究
7.3.1 实验设备与实验样品
7.3.2 实验方案与步骤
7.3.3 实验结果与分析
7.4 3D打印岩石的微观结构特征研究
7.4.1 孔-喉分布及配位数
7.4.2 润湿性与渗透率
7.4.3 胶结剂分布、孔隙类型及颗粒接触形式
7.5 3D打印岩石微观胶结形态及微观破坏模式研究
7.6 本章小结
参考文献