太空环境下低渗透岩石的渗流研究_岩石裂隙渗流

　　我国是一个发展中大国，对能源的需求日趋加大，对石油的需求也更加依赖。我国大部分属于低渗透油层，开发难度极大，石油资源又是一种不可再生资源，如何提高低渗透油田的采收率成为当前研究重点。
　　探究低渗透岩石在失重环境下的渗流机理，为地面研究渗流机理提供新思路，从而进一步降低开采成本、提高低渗透油田的产能，以缓解能源紧缺问题。也为今后人类拓展宇宙生存空间打下基础。
　　为此，我将“太空环境下低渗透岩石的渗流研究”作为我的“希望号”奥运星搭载方案。
　　
　　一、“希望号”奥运星搭载方案约束条件
　　
　　①2个彼此独立的长方体空间，每个长方体安装空间为长220毫米、宽60毫米、高100毫米。
　　②每个空间载荷质量≤0.8千克，总质量≤1.6千克。
　　③电源功率：最大稳态功耗：＜2.0瓦；最大瞬态功耗：＜3.0瓦。
　　④工作时间：单次试验可持续时间为1小时。
　　⑤轨道高度499千米，为太阳同步轨道。
　　⑥卫星星体内部温度变化范围：-20℃～+45℃，近真空环境。
　　①力学环境：试验载荷基频大干100赫兹。
　　⑧不返回。
　　⑨提前密封3个月。
　　
　　二、实验原理
　　
　　低渗透岩石的渗流机理应符合线性渗流的基本规律――达西定律，其表达式为：Q=kAJ
　　其中Q为出口处流量；k为多孔介质的渗透系数；A为过水截面面积；H1、H2为上、下游过水断面的水的压力；L为渗透经过路程；J为水力梯度(J=(H1-H2)/L)，等于两个计算截面之间的压力差除以渗透经过的路程。
　　达西定律临界条件：当雷诺数Re＜10的条件下，通过多孔介质的流体作层流运动，渗流才满足达西定律，即Q和J呈线性关系。
　　太空环境与地面环境在微重力方面有着明显的不同，所以对上述公式中的k和J可能会有影响，对油气的渗流状态也有影响，从而影响到Q。
　　
　　三、准备工作
　　
　　岩石的各种性质会决定该试验的成功与否，所以选择岩石是必要的准备步骤。我认为有些现象可能会影响实验效果：
　　①“气锁”现象：气体先于液体析出，封锁孔道，没有渗流或只有少量气、液渗流。
　　②石油凝固现象：在该卫星内温度变化范围是-20℃～45℃，而原油的凝固点是-50℃～35℃，所以原油可能会有凝固现象，以固态形式存在于岩石中。
　　根据上述预想，低渗透应该选择含气量少，含油量多；其中原油的凝固点在20℃以下；并且要详细知道该岩石的物理性质。
　　
　　四、实验步骤
　　
　　①将岩心装入有机玻璃容器内，形成一维渗流；
　　②在岩石渗流出口处，设置一张带坐标的棉纸，通过观察绵纸的污染面积，与地面吸收渗流样本绵纸进行对照，来推测渗流量，从而进一步研究渗流机理；
　　③在有机玻璃口处放置一张绵纸，吸收油污，并在中心开口，安装摄像头；
　　④需要卫星提供摄像头(根据卫星传输能力设置摄像头分辨率及拍摄频率)、照明电源，图像信号传送到地面等服务保障。
　　
　　五、实验意义
　　
　　①对地面研究低渗透岩石的渗透机理提供一些启示，例如，如何提高低渗透岩石的渗透性，提高采集率，同时降低原油采集成本。
　　②星际能源的开发：科学家陆续在银河系外发现类地行星，可能这项渗流实验为今后人类移居外星球、开发太空能源、解决人类对能源的需求打下基础。