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Pore-scale study of non-ideal gas dynamics under tight confinement considering rarefaction, denseness and molecular interactions
Gas Science and Engineering Pub Date : 2021-03-17 , DOI: 10.1016/j.jngse.2021.103916
Baochao Shan , Songze Chen , Zhaoli Guo , Peng Wang

Non-ideal gas flow behaviors are investigated by an Enskog-Vlasov type kinetic model considering the simultaneous effects of gas molecule size (volume exclusion) and long-range intermolecular attractions at the molecular level, which corresponds to the real gas equation of state at the macroscopic level. The Knudsen minimum is captured and a local Knudsen maximum may appear if gas molecule sizes or intermolecular attractive forces are considered. Although the Boltzmann equation is applicable to all the flow regimes in rarefied gas dynamics, it is invalid for a dense gas system, such as a tight or a shale gas reservoir. The Boltzmann-BGK model and the Enskog-BGK model overestimate and underestimate the mass flow rate of real gases, respectively, while Guo's model is more accurate to investigate real gas dynamics under tight confinements from a physical perspective. As the channel width increases or the solid fraction decreases, the impact of intermolecular interactions reduces. An anomalous slip regime occurs if both the volume exclusion and long-range intermolecular attraction are considered. Although the rarefaction effect is more prominent at larger Knudsen numbers, the flow at a smaller Knudsen number (a larger solid fraction or channel width) contributes to more practical gas production. The effect of long-range intermolecular attractions on gas dynamics decreases with temperature for real gases. This paper provides a novel insight into the real gas flow characteristics in a dense gas system, such as tight and shale gas reservoirs, from molecular natures of fluids.



中文翻译:

考虑稀疏度,密度和分子相互作用的紧密约束下非理想气体动力学的孔隙尺度研究

考虑到气体分子大小(体积排阻)和分子水平上的长程分子间吸引力的同时影响,通过Enskog-Vlasov型动力学模型研究了非理想的气体流动行为,这与气体状态下的真实气体状态方程相对应。宏观层面。如果考虑气体分子大小或分子间吸引力,则将捕获克努森最小值,并且可能会出现局部克努森最大值。尽管玻尔兹曼方程适用于稀薄气体动力学中的所有流动状态,但对于稠密的气体系统(例如致密气或页岩气储层)无效。Boltzmann-BGK模型和Enskog-BGK模型分别高估和低估了真实气体的质量流量,而Guo' s模型从物理角度更准确地研究在严格约束下的真实气体动力学。随着通道宽度增加或固体分数减少,分子间相互作用的影响减小。如果同时考虑体积排阻和长程分子间吸引力,则会发生异常滑移。尽管稀疏效应在较大的克努森数下更为显着,但在较小的克努森数(较大的固体分数或通道宽度)下的流动有助于更实际的气体生产。对于真实气体,远距离分子间吸引力对气体动力学的影响随温度降低。本文通过流体的分子性质,提供了对致密气体系统(例如致密和页岩气储层)中实际气体流动特征的新颖见解。随着通道宽度增加或固体分数减少,分子间相互作用的影响减小。如果同时考虑体积排阻和长程分子间吸引力,则会发生异常滑移。尽管稀疏效应在较大的克努森数下更为显着,但在较小的克努森数(较大的固体分数或通道宽度)下的流动有助于更实际的气体生产。对于真实气体,远距离分子间吸引力对气体动力学的影响随温度降低。本文通过流体的分子性质,提供了对致密气体系统(例如致密和页岩气储层)中实际气体流动特征的新颖见解。随着通道宽度增加或固体分数减少,分子间相互作用的影响减小。如果同时考虑体积排阻和长程分子间吸引力,则会发生异常滑移。尽管稀疏效应在较大的克努森数下更为显着,但在较小的克努森数(较大的固体分数或通道宽度)下的流动有助于更实际的气体生产。对于真实气体,远距离分子间吸引力对气体动力学的影响随温度降低。本文通过流体的分子性质,提供了对致密气体系统(例如致密和页岩气储层)中实际气体流动特征的新颖见解。如果同时考虑体积排阻和长程分子间吸引力,则会发生异常滑移。尽管稀疏效应在较大的克努森数下更为显着,但在较小的克努森数(较大的固体分数或通道宽度)下的流动有助于更实际的气体生产。对于真实气体,远距离分子间吸引力对气体动力学的影响随温度降低。本文通过流体的分子性质,提供了对致密气体系统(例如致密和页岩气储层)中实际气体流动特征的新颖见解。如果同时考虑体积排阻和长程分子间吸引力,则会发生异常滑移。尽管稀疏效应在较大的克努森数下更为显着,但在较小的克努森数(较大的固体分数或通道宽度)下的流动有助于更实际的气体生产。对于真实气体,远距离分子间吸引力对气体动力学的影响随温度降低。本文通过流体的分子性质,提供了对致密气体系统(例如致密和页岩气储层)中实际气体流动特征的新颖见解。Knudsen数较小(固体分数或通道宽度较大)时的流量有助于产生更实际的气体。对于真实气体,远距离分子间吸引力对气体动力学的影响随温度降低。本文通过流体的分子性质,提供了对致密气体系统(例如致密和页岩气储层)中实际气体流动特征的新颖见解。Knudsen数较小(固体分数或通道宽度较大)时的流量有助于产生更实际的气体。对于真实气体,远距离分子间吸引力对气体动力学的影响随温度降低。本文通过流体的分子性质,提供了对致密气体系统(例如致密和页岩气储层)中实际气体流动特征的新颖见解。

更新日期:2021-03-25
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