СПОСОБ МОДЕЛИРОВАНИЯ ДВИЖЕНИЯ ОТДЕЛЬНЫХ ФАЗ МНОГОФАЗНОГО/МНОГОКОМПОНЕНТНОГО ПОТОКА, ПРОХОДЯЩЕГО ЧЕРЕЗ ПОРИСТУЮ СРЕДУ

1. Способ моделирования движения отдельных фаз смачивающих текучих сред и несмачивающих текучих сред через пористую среду, содержащий следующие этапы:
а) создание трехмерного цифрового представления пористой среды (Образец), содержащего весь объем текучих сред, представляющих собой смачивающие текучие среды и несмачивающие текучие среды,
б) определение первой доли всего объема текучих сред, которая содержит смачивающие текучие среды, и второй доли всего объема текучих сред, которая содержит несмачивающие текучие среды,
в) определение значения скорости потока всего объема текучих сред, проходящих через Образец,
г) оценка свойств смачивающих текучих сред и несмачивающих текучих сред,
д) определение начальных условий для насыщения (Sw) смачивающих текучих сред, насыщения (Sn) несмачивающих текучих сред, впускного давления (Pw) смачивающих текучих сред и впускного давления (Pn) несмачивающих текучих сред,
е) установление условий на впускной поверхности Образца, где несмачивающие текучие среды и смачивающие текучие среды входят в поры образца в отдельных и отличающихся площадях, и
ж) вычисление давлений, насыщений и векторов скорости внутри Образца,
з) вычисление скоростей (Qn) потока несмачивающих текучих сред, проходящих через Образец, скоростей (Qw) потока смачивающих текучих сред, проходящих через Образец, и давлений на выпуске Образца,
и) повторение этапов а) - з) для заданного числа приращений времени t, и периодическое регулирование впускных давлений Pn и Pw с использованием алгоритма регулирования с обратной связью, при этом получают значения Qn и Qw квазистационарного состояния.
2. Способ по п. 1, в котором пористая среда является горной породой, грунтом, цеолитом, биологической тканью, деревом, пробкой, цементом, керамикой, песком, глиной, неорганическим составом, органическим составом или металлом.
3. Способ по п. 1, в котором Образец содержит несколько упорядоченных плоскостей вокселов, при этом каждый из вокселов представляет пору (воксел поры) или твердое вещество (воксел зерна).
4. Способ по п. 1, в котором свойства смачивающих текучих сред содержат вязкость, краевой угол, межфазное натяжение, другие физические или химические свойства или любые их комбинации.
5. Способ по п. 1, в котором свойства несмачивающих текучих сред содержат вязкость, краевой угол, межфазное натяжение, другие физические или химические свойства или любые их комбинации.
6. Способ по п. 1, в котором Образец содержит (a) впускную поверхность и выпускную поверхность, при этом впускная поверхность и выпускная поверхность параллельны друг другу, и (б) три или больше поверхностей ортогональных впускной поверхности и выпускной поверхности, при этом три или больше ортогональных поверхностей являются непроницаемыми для потока смачивающих текучих сред и несмачивающих текучих сред.
7. Способ по п. 6, в котором впускная поверхность дополнительно содержит буферную зону, параллельную впускной поверхности, содержащую по меньшей мере одну плоскость вокселов.
8. Способ по п. 7, в котором межфазное натяжение между смачивающей текучей средой и несмачивающей текучей средой устанавливается на ноль для всех вычислений в буферной зоне.
9. Способ по п. 8, в котором межфазное натяжение между смачивающей текучей средой и несмачивающей текучей средой устанавливается на ноль, и вязкости смачивающей текучей среды и несмачивающей текучей среды увеличиваются по меньшей мере около в 10 раз для всех вычислений в буферной зоне.
10. Способ по п. 1, в котором несмачивающие текучие среды и смачивающие текучие среды входят в Образец через поры на впускной поверхности образца.
11. Способ по п. 10, в котором поры на впускной поверхности содержат отдельные и отличающиеся площади, образованные с помощью размещения вокселов пор непосредственно примыкающими к вокселам зерен для потока смачивающих текучих сред, (Aw), и остальные вокселы пор размещаются для потока несмачивающих текучих сред, (An).
12. Способ по п. 11, в котором Aw увеличивается с помощью дополнительного размещения вокселов пор, примыкающих к Aw для потока смачивающих текучих сред, (Aw) и остальные вокселы пор размещаются для потока несмачивающих текучих сред, (An).
13. Способ по п. 11, в котором (сумма вокселов в An)/((сумма вокселов в An) + (сумма вокселов в Aw)) составляет приблизительно 0,5 или меньше.
14. Способ по п. 1, в котором вычисление содержит расчетную гидродинамику.
15. Способ по п. 14, в котором расчетная гидродинамика содержит решеточный метод Больцмана.
16. Способ по п. 1, в котором приращение времени t выражается в секундах, миллисекундах или других единицах времени.
17. Способ по п. 1, в котором число временных приращений составляет 10000 или больше.
18. Способ по п. 1, в котором алгоритм регулирования с обратной связью содержит отдельный алгоритм регулирования с обратной связью для установления впускного давления для смачивающей текучей среды и отдельный алгоритм регулирования с обратной связью для установления впускного давления для несмачивающей текучей среды, при этом впускное давление для смачивающей текучей среды и впускное давление для несмачивающей текучей среды устанавливаются независимо.
19. Способ по п. 1, в котором алгоритм регулирования с обратной связью содержит один алгоритм регулирования с обратной связью для установления впускного давления как для смачивающей, так и для несмачивающей текучей среды, при этом впускное давление для смачивающей текучей среды и впускное давление для несмачивающей текучей среды являются равными.
20. Способ по п. 1, в котором алгоритм регулирования с обратной связью содержит контур пропорционально-интегрально-дифференциального управления, адаптивное управление, иерархическое управление, интеллектуальное управление, оптимальное управление, робастное управление, нейронно-сетевое управление, управление с нечеткой логикой или стохастическое управление.
21. Способ по п. 1, в котором алгоритм регулирования с обратной связью является алгоритмом регулирования с отрицательной обратной связью.
22. Способ по п. 1, в котором алгоритм регулирования с обратной связью содержит контур пропорционально-интегрально-дифференциального (ПИД) управления.
23. Способ по п. 22, в котором контур ПИД управления содержит входное отклонение Ew и выдает новое впускное давление Pw, где
<mi>π</mi>
Pw=Pi+Pi*
w
Pi - начальное давление, установленное в начале моделирования
<mi>π</mi>
<mrow><msub><mi>K</mi><mi>p</mi></msub><mo>⋅</mo><mi>E</mi><mi>w</mi><mo>+</mo><msub><mi>K</mi><mi>I</mi></msub><mstyle displaystyle="true"><mrow><mo>∫</mo><mrow><mi>E</mi><mi>w</mi><mi>d</mi><mi>t</mi><mo>+</mo><msub><mi>K</mi><mi>D</mi></msub></mrow></mrow></mstyle><mfrac><mrow><mi>d</mi><mi>E</mi><mi>w</mi></mrow><mrow><mi>d</mi><mi>t</mi></mrow></mfrac></mrow>
w - f(Ew) так что
p
K - константа пропорционального регулирования,
I
K - константа интегрального регулирования,
D
K - константа дифференциального регулирования,
Ew=QwT-QW, и
QwT=QT∙Fw,
QT - заданная суммарная скорость потока, проходящего через Образец,
Fw - доля смачивающей текучей среды, которая входит во впускную поверхность образца,
QW - среднее значение Qwt, и
Qwt - вычисленная скорость потока смачивающей текучей среды и интервал времени t.
24. Способ по п. 23, в котором QW содержит арифметическое средневзвешенное значение, геометрическое средневзвешенное значение, гармоническое средневзвешенное значение, простое скользящее среднее, экспоненциально взвешенное скользящее среднее или полученное другим способом среднего ряда чисел.
25. Способ по п. 22, в котором контур ПИД управления содержит входное отклонение En и выдает новое впускное давление Pn, где
<mi>π</mi>
Pn=Pi+Pi*
n
Pi - начальное давление, установленное в начале моделирования
<mi>π</mi>
<mrow><msub><mi>K</mi><mi>p</mi></msub><mo>⋅</mo><mi>E</mi><mi>n</mi><mo>+</mo><msub><mi>K</mi><mi>I</mi></msub><mstyle displaystyle="true"><mrow><mo>∫</mo><mrow><mi>E</mi><mi>n</mi><mi>d</mi><mi>t</mi><mo>+</mo><msub><mi>K</mi><mi>D</mi></msub></mrow></mrow></mstyle><mfrac><mrow><mi>d</mi><mi>E</mi><mi>n</mi></mrow><mrow><mi>d</mi><mi>t</mi></mrow></mfrac></mrow>
n=f(En) так что
p
K - константа пропорционального регулирования,
I
K - константа интегрального регулирования,
D
K - константа дифференциального регулирования,
En=QnT-QN, и
QnT=QT∙Fn,
QT - заданная суммарная скорость потока, проходящего через Образец,
Fn - доля несмачивающей текучей среды, которая входит во впускную поверхность Образца,
QN - среднее значение Qnt, и
Qnt - вычисленная скорость потока несмачивающей текучей среды и интервал времени t.
26. Способ по п. 25, в котором QN содержит арифметическое средневзвешенное значение, геометрическое средневзвешенное значение, гармоническое средневзвешенное значение, простое скользящее среднее, экспоненциально взвешенное скользящее среднее или полученное другим способом среднего ряда чисел.
27. Способ по п. 22, в котором контур ПИД управления содержит входное отклонение Ec и выдает новое впускное давление Pc, при этом
<mi>π</mi>
Pc=Pi+Pi*
c
Pi = начальное давление, установленное в начале моделирования
<mi>π</mi>
<mrow><msub><mi>K</mi><mi>p</mi></msub><mo>⋅</mo><mi>E</mi><mi>c</mi><mo>+</mo><msub><mi>K</mi><mi>I</mi></msub><mstyle displaystyle="true"><mrow><mo>∫</mo><mrow><mi>E</mi><mi>c</mi><mi>d</mi><mi>t</mi><mo>+</mo><msub><mi>K</mi><mi>D</mi></msub></mrow></mrow></mstyle><mfrac><mrow><mi>d</mi><mi>E</mi><mi>c</mi></mrow><mrow><mi>d</mi><mi>t</mi></mrow></mfrac></mrow>
с = f(Ec) так что
p
K = константа пропорционального регулирования,
I
K = константа интегрального регулирования,
D
K = константа дифференциального регулирования,
Ec=QT-QC, и
QT = заданная суммарная скорость потока, проходящего через Образец,
QC = среднее значение Qwt+Qnt,
Qnt = вычисленная скорость потока несмачивающей текучей среды и интервал времени t, и
Qwt = вычисленная скорость потока смачивающей текучей среды и интервал времени t.
28. Способ по п. 27, в котором QT содержит арифметическое средневзвешенное значение, геометрическое средневзвешенное значение, гармоническое средневзвешенное значение, простое скользящее среднее, экспоненциально взвешенное скользящее среднее или полученное другим способом среднее ряда чисел.
29. Способ по п. 1, в котором периодическое регулирование впускных давлений происходит через каждые около 10 или больше приращений времени.
30. Способ по п. 29, в котором число приращений времени для последовательных периодических регулировок впускного давления является различным.
31. Способ по п. 1, в котором периодическое регулирование впускных давлений проводится чаще в первой половине общего времени моделирования, чем во второй половине моделирования.
32. Способ по п. 31, в котором периодическое регулирование впускных давлений в первой половине общего времени моделирования проводится по меньшей мере в 10 раз чаще, чем во второй половине.
33. Способ по п. 1, в котором квазистационарное состояние является состоянием, где вычисленные значения Qn, Qw, Pn, Pw и/или насыщения изменяются не больше заданного значения.
34. Способ по п. 1, в котором предопределенное число приращений времени t, устанавливается достаточно большим для получения квазистационарного состояния.
35. Способ определения относительной проницаемости смачивающих и несмачивающих текучих сред, проходящих через пористую среду, содержащий
a) определение ряда пар несмачивающих текучих сред и смачивающих текучих сред, причем каждая пара подлежит продавливанию через Образец,
б) установление начального насыщения Образца,
в) продавливание каждой пары несмачивающих и смачивающих текучих сред через Образец,
г) запись вычисленных значений QN, QW и насыщения Sw смачивающей текучей среды для каждой пары смачивающих и несмачивающих текучих сред,
д) вычисление значений относительной проницаемости kw смачивающей текучей среды; вычисление значений относительной проницаемости kn несмачивающей текучей среды; и вычисление значений водонасыщения Sw, и
е) построение графика значений kw и kn в зависимости от Sw.
36. Способ по п. 35, в котором пористая среда является горной породой, грунтом, цеолитом, биологической тканью, деревом, пробкой, цементом, керамикой, песком, глиной, горной породой, неорганическим составом, органическим составом или металлом.
37. Способ по п. 35, в котором пара несмачивающей и смачивающей текучей среды содержит состав с долями (Fn, Fw) несмачивающей текучей среды и дробной величиной смачивающей текучей среды.
38. Способ по п. 37, в котором пара несмачивающей и смачивающей текучей среды содержит множество пар долей (Fn, Fw), при этом любая комбинация Fn и Fw в сумме равна 1.
39. Способ по п. 37, в котором пара несмачивающей и смачивающей текучей среды содержит множество пар долей (Fn′, Fw′), при этом Fn′ вычисляется, как величина (Fn×R), и Fw′ вычисляется, как величина (1-(Fn×R)), при этом R является соотношением вязкостей фазы низкой вязкости и фазы высокой вязкости смачивающихся и несмачивающихся текучих сред, и любая комбинация долей Fn′ и Fw′ в сумме равна 1.
40. Способ по п. 37, в котором пары несмачивающей и смачивающей текучей среды содержат упорядоченный ряд значений, в котором Fn уменьшается ступенчато до нуля и затем увеличивается до 1,0.
41. Способ по п. 35, в котором начальное насыщение Образца является полным насыщением смачивающей текучей средой, Sw=1,0, и полным насыщением несмачивающей текучей средой, Sn=1,0.
42. Способ по п. 35, в котором начальное насыщение Образца является конечным насыщением условий предыдущего моделирования.
43. Способ по п. 35, в котором доля площади An пор на впускной поверхности, отведенная для нагнетания несмачивающей текучей среды, уменьшается, когда Fn меньше около 0,2.
44. Способ по п. 43, в котором An уменьшена до около 0,4 или меньше.
45. Система определения скорости отдельных фаз многофазного многокомпонентного потока, проходящего через пористую среду, содержащая:
a) сканер, выполненный с возможностью получения трехмерного цифрового изображения пористой среды,
б) компьютер, содержащий по меньшей мере один процессор с функциональной возможностью исполнения компьютерной программы для группирования элементов в трехмерное цифровое изображение твердого вещества (зерен) и пор (полостей),
в) компьютер (аналогичный компьютеру б) или отличающийся)), содержащий по меньшей мере один процессор с функциональной возможностью исполнения компьютерной программы для выполнения вычислений, при этом вычисления содержат (I) создание трехмерного цифрового представления пористой среды (Образец), содержащего весь объем текучих сред, представляющих собой смачивающие текучие среды и несмачивающие текучие среды, (II) определение первой доли всего объема текучих сред, которая содержит смачивающие текучие среды, и определение второй доли всего объема текучих сред, которая содержит несмачивающие текучие среды, (III) определение значения скорости потока всего объема текучих сред, проходящих через Образец, (IV) оценка свойств смачивающих текучих сред и несмачивающих текучих сред, (V) определение начальных условий для насыщения (Sw) смачивающих текучих сред, насыщения (Sn) несмачивающих текучих сред, впускного давления (Pw) смачивающих текучих сред и впускного давления (Pn) несмачивающих текучих сред, (VI) установление условий на впускной поверхности Образца, где несмачивающие текучие среды и смачивающие текучие среды входят в поры образца в отдельных и отличающихся площадях, и (VII) вычисление давлений, насыщений и векторов скорости внутри Образца пористой среды, (VIII) вычисление скоростей (Qn) потока несмачивающих текучих сред, проходящих через Образец, скоростей (Qw) потока смачивающих текучих сред, проходящих через Образец и давлений на выпуске Образца, (IX) повторение этапов (I)-(VIII) для заданного числа приращений времени t, и (Х) периодическое регулирование впускных давлений Pn и Pw с использованием алгоритма регулирования с обратной связью, где достигаются значения Qn и Qw квазистационарного состояния, и
г) по меньшей мере одно устройство для отображения, печати или сохранения результатов вычислений.
46. Система по п. 45, в которой сканер представляет собой компьютерный томографический (КТ) сканер, сканирующий электронный микроскоп, сканирующий электронный микроскоп со сфокусированным ионным лучом или аналогичное устройство, выполненное с возможностью получения трехмерного цифрового изображения пористой среды.
47. Система по п. 45, в которой устройство содержит запоминающее устройство для сохранения с возможностью осуществления выборки результатов вычислений.
48. Компьютерный программный продукт на машиночитаемом носителе который, когда выполняется на контроллере в компьютеризованном устройстве побуждает компьютер выполнять способ по п. 45.