油珠通过突缩喉道的力学机制研究

沈瑞1, 唐澍2, 孙杰文1, 高伟航1, 石家乐2, 王果2, 陈卫民2, 罗正勇2
1中国石油勘探开发研究院
2中国科学院渗流流体力学研究所
Publié en 2026

油珠在多孔介质中运移时会在孔喉突缩处发生卡堵,其本质是界面变形阻力与上游驱动力之间的竞争。本研究采用 COMSOL 二维轴对称瞬态模拟,耦合层流与两相流相场方法,构建单突缩喉道模型,完整复现油珠从上游大管经突缩入口进入细管的运移过程。模型采用相场方程描述界面演化,可自动处理油珠的变形与拓扑变化;根据模型参数计算的无量纲数表明,本工况由界面张力主导,重力可忽略,流动处于层流状态。模拟结果表明,油珠通过突缩喉道的过程可分为接近—变形挤入—通过三个阶段:油珠先在上游大管中保持近球形运移;抵达突缩口后,因喉道半径小于油珠半径而被强迫变形,前缘向喉道内突出伸长,整体由球形拉长为椭球或子弹形,界面曲率急剧变化,界面变形能垒成为主要阻力来源;主体进入喉道后,与壁面之间形成连续相液膜,被拉长成圆柱段推进,尾部离开突缩口后逐渐恢复形变。分析表明,突缩喉道对油珠通过施加了两重阻力——油珠变形挤入所需克服的界面变形能垒,以及尺寸比超过临界值时的几何相容性限制(永久卡堵)。据此提出解除卡堵的三条路径:降低界面张力、调节壁面润湿性、提高注采压差。研究结果为孔喉尺度油珠运移的力学机制提供了直观依据,可为注采压差设计与化学配方优选提供参考。 关键词:油珠;突缩喉道;相场法;界面变形;多孔介质

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