花岗岩裂隙岩体油水两相渗流可视化试验及数值模拟研究

地下水封油库利用“隙存水封”的原理通过地下洞室进行石油地下存储，并多建于结晶岩体中，岩体裂隙渗流特性直接影响地下油库储油安全。地下洞库水封机理可简化为围岩裂隙中的油水两相渗流问题，需同时考虑油驱水和水驱油过程。基于分形理论定量刻画了天然花岗岩裂隙面的粗糙度，通过3D打印技术制备了不同粗糙度的透明裂隙，利用研制的单裂隙多相渗流可视化试验装置开展了模型试验，并结合数值模拟对花岗岩粗糙裂隙中的油-水驱替规律进行了研究。研究表明：水油流度比的差异导致花岗岩裂隙两相驱替呈现出不同效果，油驱水前缘呈活塞式整体推进，而水驱油前缘呈指进式推进；压力差或隙宽的增加更加显著地提升油驱水效果，但裂隙粗糙度的增加则对裂隙中流体的流动起到了阻碍作用，使得驱替难以进行；在考虑裂隙粗糙度和油相黏度的情况下，仅通过围岩裂隙水压力大于洞库内部油压来判别水封性能的“水封准则”存在缺陷；由于“贾敏效应”的作用，水驱油时裂隙中的油将难以被完全驱替，当油库发生油品泄漏时，难以将油品完全驱回洞库内部。研究成果可为粗糙裂隙岩体两相渗流规律及地下洞库水封机理的研究提供参考依据。