煤层气–水微尺度段塞流动规律相似试验研究

煤层气–水段塞流动是制约煤层气井生产能力的重要因素，然而有关微尺度通道内两相段塞流动规律的研究较少。采用自主研发的微量流体注入–显微观测–微尺度模型试验系统开展气–水在不同湿润性、液速条件下的段塞流动试验，通过高速摄像机获取气–水微尺度相互作用形态，利用相场法分析段塞单元的压力分布，最终得到气–水段塞流动规律。结果表明：(1)段塞流状态下气–水界面的“阶跃压力”使气相流动能力显著降低，气相传导率在等流量注入时比单相流动低约3个数量级。(2)在两相段塞流动状态下，气相表观长度随着含水饱和度的增大呈负指数降低，气相相对渗透率随着含水饱和度的增大呈现强相关的负指数关系。(3)气塞引起的附加压力降是段塞流制约气–水流动的主要原因，压力降随着湿润性的增加而降低，气相渗透率在低含水饱和度时对湿润性的变化更为敏感。高液速产生了更大的惯性力，此时气相相对渗透率对含水饱和度变化的敏感性降低。该研究揭示了气–水两相在微尺度运移通道内段塞流状态的流动规律，为抑制段塞流、煤层气高效生产提供了理论基础。