Geometry & Dynamics of Interfaces in Porous Media

几何学

基本信息

  • 批准号:
    0911284
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 37.5万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2009
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2009-09-01 至 2013-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Geometry and Dynamics of Interfaces in Porous MediaL. J. Pyrak-Nolte & N. J. GiordanoPurdue UniversityThis award is funded under the American Recovery and Reinvestment Act of 2009 (Public Law 111-5). The problem of multiphase fluid flow in porous media is important in many areas, including ground water remediation, the extraction of oil & gas from subsurface reservoirs and carbon sequestration in geologic formations. The development of experimental and theoretical understandings of the behavior of multiple fluids in porous systems is an active area of research with many open questions. It is known that measurements of capillary pressure (Pc) and saturation (Sw) are not sufficient to fully describe the behavior of fluid distributions. Recent work has suggested that the interfacial area per volume between the fluid phases (awn) is an essential third "state variable" needed for a description of these systems. While studies of 2-D micro-models under equilibrium conditions has provided important quantitative insight into the role of interfacial geometry in multiphase systems, key issues remain to be resolved. Scientific objectives of the proposed research include: (1) Determine if and how the Pc-Sw-awn relationship observed in 2-D systems translates to 3-D systems. We will fabricate 3-D transparent micro-models for direct imaging of fluid distributions in 3-D using confocal laser scanning microscopy. A significant effort will be made to develop 3-D transparent micro-models from which information can be extracted on fluid-fluid and fluid-solid interfaces to determine the effect of micro-model dimensionality on the Pc-Sw-awn relationship. (2) Determine the role of thin films on Pc and on the interfacial geometry. We will 1) use laser confocal microscopy to image films, film pockets and three dimensional fluid interfaces-especially the presence and movement of entrained wetting phase and associated films; and (2) fabricate micro-capacitor sensors inside the 2-D micro-models to measure film thickness directly. A significant effort will be made to demonstrate the use, resolution and repeatability of micro-capacitors for measuring local pressures in the micro-model. (3) Determine if relaxation behavior under dynamic conditions depends on the evolution of the interfacial geometry with time, or if it is only a property of the pore geometry of the medium. While understanding fluid distributions under equilibrium conditions is important, many industrial and natural systems experience pressure transients. We will use high frame rate imaging to study the dynamic behavior of fluid interfaces in 2-D micro-models as they approach equilibrium after a pressure transient.
多孔内侧界面的几何形状和动力学。 J. Pyrak-Nolte&N。J. Giordanopurdue University Andival奖是根据2009年《美国复苏与再投资法》(公法111-5)资助的。 多孔培养基中多相流体流的问题在许多领域很重要,包括地下水修复,从地下储层中提取油气和气体以及地质地层中的碳固存。对多孔系统中多种流体行为的实验和理论理解的发展是一个积极的研究领域,有许多开放的问题。 众所周知,毛细管压力(PC)和饱和度(SW)的测量不足以充分描述流体分布的行为。 最近的工作表明,流体阶段(AWN)之间每体积的界面面积是对这些系统描述所需的第三个“状态变量”。虽然在平衡条件下对二维微型模型的研究为界面几何在多相系统中的作用提供了重要的定量见解,但仍有待解决的关键问题。 拟议研究的科学目标包括:(1)确定在2-D系统中观察到的PC-SW奖关系如何转化为3-D系统。 我们将使用共聚焦激光扫描显微镜制造3-D透明微型模型,以直接对3D进行流体分布。 将努力开发3-D透明的微型模型,从中可以从中提取有关流体流体和流体 - 固定界面的信息,以确定微型模型维度对PC-SW-Awn关系的影响。 (2)确定薄膜在PC和界面几何形状上的作用。 我们将1)使用激光共聚焦显微镜进行图像膜,膜口袋和三维流体界面,尤其是夹带润湿阶段和相关膜的存在和运动; (2)在2-D微型模型内部制造微电容器传感器,以直接测量膜厚度。 将付出重大努力,以证明微观电容器测量微型模型中局部压力的使用,分辨率和重复性。 (3)确定动态条件下的松弛行为是否取决于随着时间的流逝的界面几何形状的演变,还是仅是介质的孔几何形状的特性。 尽管在平衡条件下了解流体分布很重要,但许多工业和自然系统会经历压力瞬变。我们将使用高框架速率成像研究2-D微型模型中流体界面的动态行为,因为它们在压力瞬态后接近平衡。

项目成果

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