●李传亮
最近几年微尺度研究成了热点,已开始研究单个孔隙中单个分子(分子尺度)的流动问题了,虽然很不靠谱,但非常热门已成事实了。
所谓分子尺度的流动,就是流体分子之间的距离与孔隙尺度相当的流动问题。此时流体已不能视为连续介质,而必须视为离散介质,常规的流动方程都不能采用,必须采用分子动力学的相关方法。
当流体分子的距离非常小,远远小于孔隙的尺度时,流体可视为连续介质,此时Darcy方程和NS方程都可以应用。
下图是连续介质流动和离散介质流动的示意图,中间还有过渡流。
还有人更加不靠谱,从过渡流里又分出了滑移流,流体分子怎么会滑移呢?滑移流动不就没有摩擦、也就没有能量损失了吗?
下面
计算一下地下到底有没有分子尺度的离散介质流动。
1摩尔的气体分子数目是6.02×10
23个,在地面
标准条件下占有的体积是22.4L,也就是0.0224m
3,1个分子占有的体积是3.72×10
-25m
3,可求得分子之间的距离为0.892×10
-9m,也就是0.892nm。
地面的压力为0.1MPa,地下的压力要高100多倍,分子之间的距离也要小很多,基本都在nm量级,甲烷分子的大小为0.4nm,而地下的储集空间都在μm量级之上,比分子间距大1000多倍,怎么可能存在离散流呢?
虽然煤岩和页岩的最小孔隙可以达到nm量级,但煤层气和
页岩气并不是储集在最小的孔隙中,而是储集在较大的孔隙中。
可见分子尺度的离散流动,并不适合地下的油气研究。
若地下真的存在离散流,一个孔隙只有少数几个分子在里面晃动,这样的油气资源还有开采价值吗?如果孔隙中有稀稀拉拉几个分子,压力的概念没有了,分子进去出来都靠什么力量驱动呢?