17、土壤渗透率估计：多尺度建模方法解析

土壤渗透率估计：多尺度建模方法解析

1. 引言

在污染土壤清理和油田石油开采等重要应用中，理解土壤结构和预测流体流动模式至关重要。地下流体流动受多种因素影响，其中渗透率场是主要因素之一。渗透率衡量流体在某一点通过多孔介质的难易程度，且具有空间变异性。在一些应用中，渗透率可视为某点的常数，但在更精细的应用中，它可能是张量值，以考虑土壤结构的方向性，即流体在某些方向上可能更容易流动。

渗透率估计不仅本身重要，还能帮助确定流动模式。在环境清理应用中，渗透率估计对于确定污染物的可能位置和分布以及设计修复操作至关重要。通过向受影响区域泵送含有表面活性剂的水，可以在不挖掘地面的情况下处理污染。然后对水进行处理以去除污染物，这比挖掘和处理土壤本身更快、成本更低。然而，要有效使用此方法，需要对渗透率场有充分的了解。在石油开采中，一次开采是指将井钻入地下油田，石油在自身压力作用下上升到地面。通常，这种方式只能开采不到一半的石油。二次和三次采油需要增加油田内的压力，使更多石油上升到地面。这可以通过向油田泵送水或天然气（石油开采的常见副产品）来实现。有效的采油程序依赖于准确的渗透率估计，因为必须能够识别高渗透率通道和低渗透率屏障。

2. 可用数据类型

一般来说，用于估计渗透率场的信息有两种类型：静态数据和动态数据。
- 静态数据 ：关于渗透率场的静态信息来自多种来源，如地质研究、井测试和岩芯样本。不同来源提供的信息具有不同的聚合或分辨率水平。地质研究（如地震研究）提供的信息分辨率非常粗糙；井测试提供的信息分辨率处于中等水平，能提供井周围局部区域的更多信息，也能提供离井较远区域的一些信息；岩芯样本，无论是送到实验室进行直接渗透率测量