包气带水、气、轻油三相流动实验研究
  • 【摘要】

    非水相液体(non-aqueousphaseliquids,简称NAPLs)是常见的土壤和地下水污染物,轻非水相液体(lightnon-aqueousphaseliquids,缩写为LNAPLs,简称轻油)是其中的一大类,如汽油、柴油、煤油、二甲苯等,这些物质在泄漏的情况下首先渗入包气带造成土壤污染,并进而可能导致地下水的污染。存在轻油污染的土壤或地下水中,水、气和油中的两相或三相相互作用、相互影... 展开>>非水相液体(non-aqueousphaseliquids,简称NAPLs)是常见的土壤和地下水污染物,轻非水相液体(lightnon-aqueousphaseliquids,缩写为LNAPLs,简称轻油)是其中的一大类,如汽油、柴油、煤油、二甲苯等,这些物质在泄漏的情况下首先渗入包气带造成土壤污染,并进而可能导致地下水的污染。存在轻油污染的土壤或地下水中,水、气和油中的两相或三相相互作用、相互影响,共同构成多相流体系统。鉴于轻油污染多相流问题研究方面模型研究相对较多,而实验研究较少的特点,本研究以实验为主。实验内容包括参数实验和模拟实验两部分,参数实验包括基本参数实验、多孔介质毛细压力(P)与饱和度(S)的关系实验、以及相对渗透率(Kr)与饱和度关系的关系实验;水、气、轻油三相流动模拟实验分为气体流畅和气体阻滞实验两次实验,主要研究气相的存在对油水两相相应的影响。实验中以0.1-0.5mm粒径的细砂为多孔介质,选用柴油代表轻质油。 为测定毛细压力和饱和度之间关系、油水两相相对渗透率和饱和度之间的关系曲线,以及滞后性对相应关系曲线的影响,采用根据张力计原理设计的简易装置测定P-S关系式,参照油藏条件下油水相对渗透率的测定标准,设计了一套低压情况下测定Kr-S关系式的实验装置和实验方法。实验结果表明:无论是在P-S还是Kr-S关系式中,浸润相与非浸润相之间不同的驱替过程即滞后性对关系曲线影响较大;其对油相相对渗透率的影响要大于对水相的,水先湿和油先湿Kr-S关系曲线有不同的弯曲方向;同一水饱和度下油水两相相对渗透率值水先湿情况均比油先湿情况小;同一水饱和度下,水先湿和油先湿的油相相对渗透率的差别要大于水相相对渗透率;水先湿情况两相相对渗透率相等时(曲线交叉点)的水相饱和度小于油先湿情况,而且交叉点的相对渗透率值小于油先湿情况。分析认为造成Kr-S关系式不同的主要原因是细砂的强亲水性,以及在油先湿情况下油水两相在砂体边壁发生了交换和流动。由P-S拟合而来的应用于推导的Kr-S关系式的m值介于由实际测量的两相相对渗透率曲线拟合出的两个m值之间,与其平均值极为接近。 为模拟不同流动和外界条件下,各相之间压力变化以及相互之间的影响,水、气、轻油三相流动模拟实验分两次,一次是气相流畅实验,一次是气相阻滞实验。实验分析表明:在包气带中重力作用主导的油的下渗速度要大于扩散作用主导的油的水平速度;两次实验中,无论是非饱油还是饱油、非饱水还是饱水入渗,污染区域油始终没有进入毛细饱水区;油的入渗过程中,油相压力会先减小后增大然后再逐渐平缓;水入渗过程,油相压力由于受水入渗压力的影响随时间上下波动;当气压值在±5cm水柱内时,在有油或者水流动的区域对气体形成了很强的隔断作用,使得气体与外界之间的交换停滞;当油入渗到毛细饱水带之上后,水位的降低对于油的下渗产生着极大的作用;无论油还是水入渗,气体都会形成一定程度的正压,而且在入渗过程中正压一直存在;入渗停止后,越远离地表,气压恢复至大气压的时间越长;水饱和度相同的情况下,气体压力大于一个大气压时,气压大的地方水负压值小,吸力大,因而影响水负压值的大小除饱和度外,还与气体压力有关,此种影响应该进一步实验验证。 收起<<

  • 【作者】

    杨官光 

  • 【学科专业】

    环境工程 环境模拟与污染治理

  • 【授予学位】

    硕士

  • 【授予单位】

    北京师范大学

  • 【导师姓名】

    陈家军

  • 【学位年度】

    2006

  • 【语种】

    chi

  • 【关键词】

    轻油污染  非水相液体  土壤污染  地下水污染物