zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Kỹ Thuật - Công Nghệ

» Kiến trúc - Xây dựng

Tính độ thấm trong môi trường vết nứt bão hòa một phần sử dụng phân bố fractal

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:3

Báo xấu

10
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích của nghiên cứu này là tính độ thấm trong môi trường vết nứt ở điều kiện bão hòa một phần sử dụng phân bố fractal. Với mục đích đó, xét môi trường vết nứt như hệ các khe mao dẫn song song bão hòa một phần tuân theo phân bố fractal. Khi đó, cho phép xác định mối quan hệ áp suất bão hòa của KMD theo độ rộng, sau đó suy ra biểu thức độ thấm của môi trường vết nứt .

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Tính độ thấm trong môi trường vết nứt bão hòa một phần sử dụng phân bố fractal

Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2023. ISBN: 978-604-82-7522-8 TÍNH ĐỘ THẤM TRONG MÔI TRƯỜNG VẾT NỨT BÃO HÒA MỘT PHẦN SỬ DỤNG PHÂN BỐ FRACTAL Nguyễn Văn Nghĩa, Lương Duy Thành Trường Đại học Thủy lợi, email: nghia_nvl@tlu.edu.vn 1. GIỚI THIỆU CHUNG thực của KMD, τ = Lτ/Lo là độ uốn (không thứ nguyên) của KMD và tiết diện A (m2) Như ta biết, đá nứt nẻ phổ biến trong môi như trong hình 1. Chúng tôi quan niệm các trường địa chất và chúng đóng vai trò quan vết nứt của REV là một hệ KMD song song trọng trong nhiều vấn đề khoa học như dòng có khẩu độ a (m) khác nhau và độ rộng w chảy ngầm, sự vận chuyển chất, lưu trữ CO2 (m), theo phân bố fractal [2,5] ta có: và chất thải hạt nhân... Các phương pháp địa f ( w) = Df wmax w- Df -1 , wmin  w  wmax (1) Df vật lý có thể cung cấp thông tin về cấu trúc và tính chất vật lý của môi trường vết nứt trong đó Df (không có đơn vị) với 1  Df  2 (MTVN) hay đá nứt nẻ [1, 3, 5]. Do vậy, mục [3], wmin (m) và wmax (m) lần lượt là độ rộng đích của nghiên cứu này là tính độ thấm nhỏ nhất và lớn nhất của KMD trong REV, trong MTVN ở điều kiện bão hòa một phần tương ứng với giới hạn dưới và giới hạn trên (BHMP) sử dụng phân bố fractal. Với mục của phân bố fractal. Do đó, số KMD có độ đích đó, xét MTVN như hệ các khe mao dẫn rộng từ w đến w + dw được cho bởi f(w)dw (KMD) song song BHMP tuân theo phân bố [3]. Tổng số KMD từ wmin đến wmax cho bởi: wmax N tot =  f ( w)dw =  wmax / wmin  Df fractal. Khi đó, cho phép xác định mối quan (2) wmin hệ áp suất bão hòa của KMD theo độ rộng, sau đó suy ra biểu thức độ thấm của MTVN. Độ thấm của mô hình phụ thuộc vào thông số cấu trúc vi mô của MTVN và độ bão hòa (ĐBH) của nước. Kết quả nhận được từ mô hình này được so sánh với số liệu mô phỏng (SLMP) [2], số liệu thực nghiệm (SLTN) [4] và mô hình của Guarracino (2006) [1]. Hình 1. Sơ đồ của một môi trường vết nứt 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Với α = wmin/wmax và khẩu độ a được liên hệ với độ rộng w của KMD theo quy luật [3]: Ta biết, các vết nứt trong môi trường địa a = βw (3) chất tồn tại trên một phạm vi rộng, từ trong đó β (không có đơn vị) là hệ số tỉ lệ. micromet đến hàng nghìn km [1, 5]. Để tính Giả sử ban đầu REV chứa đầy nước và sau độ thấm trong MTVN, xét mô hình ở đây là đó nước hạ xuống bởi áp suất cột áp. Đối với các KMD được tạo thành giữa các lớp đá [3]. một KMD, mối quan hệ giữa độ rộng KMD Độ thấm của lớp đá thường nhỏ hơn nhiều so wh và độ cao cột áp h tính gần đúng bởi [5]: với độ thấm của KMD, do đó lớp đá có thể 2Tscosθ coi là không thấm nước và không có sự trao h= (4) đổi chất lỏng qua nó. Chúng tôi xét một phần ρw gβwh tử thể tích đặc trưng (REV) dạng khối lập trong đó Ts (N/m) là sức căng bề mặt của phương có chiều dài Lo (m), Lτ là chiều dài nước, θ (o) là góc mép, ρw (kg/m3) là khối 310
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2023. ISBN: 978-604-82-7522-8 lượng riêng của nước và g (m/s2) là gia tốc Kết hợp phương trình (9) và (10), thu được trọng trường. Khi w > wh thì một KMD sẽ bị biểu thức độ thấm k trong điều kiện BHMP: nước bão hòa hoàn toàn (BHHT). Do đó, 4- Df trong các hệ nước làm dính ướt, nước lấp đầy Df [( Se + (1- Se )α ) - α 4-Df ] 2- Df 2- Df KMD có độ rộng nhỏ nhất, không khí lấp đầy k= (11) 12 β -3wmax τA(4 - Df ) -4 KMD có độ rộng lớn nhất. Cụ thể, các KMD Do đó, trong điều kiện BHHT (Se = 1) thì có độ rộng w từ wmin đến wh sẽ bị nước chiếm độ thấm được cho bởi: chỗ, các KMD có độ rộng từ wh đến wmax sẽ bị không khí chiếm chỗ dưới tác dụng của áp β 3 Df wmax 1- α 4-Df 4 ks = (12) suất cột áp. Sự lấp đầy của nước trong REV 12τA 4 - Df phụ thuộc vào ĐBH hiệu dụng của nước Se Độ thấm tương đối (ĐTTĐ) của MTVN, (không có đơn vị), được xác định bởi [1]: được định nghĩa là kr = k/ks và xác định bởi: wh Se = wmin αwLτ f ( w)dw w2-Df - w2-Df = h Df min f (5) kr = [Se + (1- Se )α 2-Df ](4-Df )/(2-Df ) - α 4-Df (13) wmax 2- 2- D 1- α 2-Df  αwLτ f ( w)dw wmax - wmin Khi Guarracino [1] sử dụng phân bố wmin Kết hợp các phương trình (4) và (5), ĐBH fractal cho hệ KMD đã thu được biểu thức ĐTTĐ là: hiệu dụng Se của KMD trong MTVN cho bởi: 4-Df h Df -2 - h Df -2 [Se + (1- Se )α ] 2-Df 2-Df - α 4-Df Se = Df -2 max , hmin  h  hmax Df -2 (6) kr = Se2 (14) hmin - hmax 1- α 2-Df 2Ts cosθ 2Ts cosθ Như vậy, sự khác biệt giữa ĐTTĐ kr cho với hmin = và hmax = . bởi phương trình (13) từ mô hình đề xuất và ρw gβwmax ρw gβwmin 2 phương trình (14) từ [1] là hệ số Se . Do đó, lưu lượng dòng chảy trong một KMD đơn lẻ có khẩu độ a được tuân theo [5]: 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ρ ga 3w Δh q= w (7) Để thấy rõ sự phù hợp của ĐTTĐ kr trong 12ητ Lo MTVN, ở mục này so sánh kết quả nhận trong đó η (Pa.s) là độ nhớt của nước và Δh được từ mô hình đề xuất với kết quả mô là độ giảm cột áp trong REV. phỏng cho bởi [2] và SLTN cho bởi [1]. Tổng lưu lượng qua thể tích REV trong Bảng 1. Số liệu mô phỏng từ Liu điều kiện BHMP được cho bởi: và Bodvarsson (2001) [2] wh q REV =  q f ( w)dw (8) Se (10-2) kr Se(10-2) kr wmin -9 Kết hợp các phương trình (1), (3), (5), (7) 5,538 8,611.10 55,363 0,053 -7 và (8), ta thu được qREV là: 9,152 4,759.10 71,886 0,184 3 4 -5 ρw gβ Df w Δh 14,315 1,737.10 90,990 0,520 q REV = max 12ητ (4 - Df ) Lo 20,253 3,173.10-4 99,251 0,969 (9) -3 32,387 3,334.10  [( Se + (1- Se )α 2-Df )(4-Df )/(2-Df ) - α 4-Df ] Theo định luật Darcy [5] đối với dòng chất Hình 2 biểu diễn sự biến thiên của ĐTTĐ lỏng chảy trong MTVN, qREV được cho bởi: kr theo ĐBH (Se) được mô phỏng bởi Liu và kA ρw gΔh Bodvarsson (ký hiệu *) [2] cho bởi bảng 1, q REV = (10) kết quả từ [1] cho bởi phương trình (14) η Lo (đường đứt nét) và từ mô hình đề xuất cho trong đó k là độ thấm của REV. bởi phương trình (13) (đường liền nét) với 311
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2023. ISBN: 978-604-82-7522-8 Df = 1,6 và α = 0,001. Độ lệch bình phương Hình 3 cho thấy sự biến thiên của ĐTTĐ kr trung bình (RMSD) của mô hình đề xuất và theo ĐBH (Se) từ SLTN [4] (ký hiệu ô của [1] so với SLMP [2] lần lượt là 0,025 và vuông) cho bởi bảng 2, từ [1] cho bởi phương 0,039. Do đó, có thể thấy mô hình đề xuất trình (14) (đường nét đứt) và mô hình đề xuất này phù hợp với SLMP [2] và mô hình [1]. cho bởi phương trình (13) (đường liền nét)với các tham số Df = 1,2 và α = 0,01. RMSD của mô hình đề xuất và mô hình [1] lần lượt là 0,095 và 0,145 so với SLTN [4]. Do vậy, có thể thấy mô hình đề xuất của chúng tôi (RMSD = 0,095) có thể phù hợp hơn so với [1] (RMSD = 0,145). Nguyên 2 nhân chính có thể là do thừa số Se trong phương trình (14). Do đó, ĐTTĐ kr cho bởi [1] nhỏ hơn so với kết quả từ mô hình của chúng tôi, đặc biệt là ở các giá trị Se nhỏ. Hình 2. Sự biến thiên của kr theo Se từ SLMP cho bởi [2], từ mô hình 4. KẾT LUẬN Guarracino [1] và mô hình đề xuất Trong bài báo này đã xây dựng một mô Bảng 2. Số liệu thực nghiệm về các hình tính độ thấm trong MTVN với điều kiện đặc tính của khe nứt cho bởi [4] BHMP. Cụ thể, từ lưu lượng dòng chảy trong Se kr Se kr Se kr một KMD bão hòa duy nhất, tính độ thấm, (10-2) (10-2) (10-2) (10-2) (10-2) (10-2) sau đó tính ĐTTĐ trong MTVN với điều kiện BHMP. Mô hình này phụ thuộc vào các tham 30,67 01,16 82,43 40,45 91,81 74,83 số cấu trúc của MTVN (Df, α) và ĐBH (Se). 34,42 01,44 82,62 41,89 92,12 73,86 Các kết quả từ mô hình này phù hợp tốt với 46,43 03,47 86,00 48,25 93,12 94,48 SLMP [2], SLTN [4] và mô hình cho bởi [1]. 53,55 04,33 88,62 52,59 93,50 95,35 Mô hình đề xuất này góp phần vào việc tính các đặc tính thủy lực và giám sát lưu lượng 56,93 04,62 90,12 60,10 93,87 80,90 nước trong MTVN dựa trên các phép đo và 69,30 21,38 90,50 63,57 94,25 98,53 giám sát các quá trình nứt gẫy. 79,81 31,49 90,87 64,72 94,62 86,10 5. TÀI LIỆU THAM KHẢO 80,18 30,63 91,43 67,90 95,00 100,6 [1] Guarracino, L. (2006) A fractal constitutive model for unsaturated flow in fractured hard rocks. J. Hyd., 324(1), 154-162. [2] Liu, H. H. & Bodvarsson, G. S. (2001) Constitutive relations for unsaturated flow in a fracture network. J. Hyd., 252(1), 116-125. [3] Miao, T., Yu, B., Duan, Y. & Fang, Q. (2015) A fractal analysis of permeability for fractured rocks. Inter. J. Heat and Mass Trans., 81, 75-80. [4] Rod, K. A., Um, W., Colby, S. M., Rockhold, M. L., Strickland, C. E., Han, S., Hình 3. Sự biến thiên của kr theo Se từ & Kuprat, A. P. (2019) Relative permeability MTVN với SLTN cho bởi [4], từ mô hình for water and gas through fractures in Guarracino [1] và mô hình đề xuất cement. PLoS ONE, 14(1), 1-17. 312

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí

65 tài liệu

2431 lượt tải

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.