3 多相渗流理论
3.1 多孔介质中的气泡：赋存形态、 熟化机理和热力学稳定性
多孔介质中的分散相流体(气泡、液滴等)广泛存在。由于多孔介质中孔隙、喉道的几何限制，气泡被挤压和改造（图a），因此毛细管力随气泡大小的变化方式被逆转（图b）；并且孔尺度下毛细管力较大，有很多反直觉的现象发生。比如，地下岩土中存在着大量具有极高的表面自由能的分散相流体，但他们却能长期稳定地赋存于多孔介质中，这与开放空间中气泡会通过聚并、粗化从而自发降低表面自由能的规律完全相反。学术界此前对此问题未给出被广泛接受的解释。
我们建立概念模型，从动力学、热力学两个方面入手（图c、图d），结合微米尺度的气泡熟化实验（图a），自下而上地探究孔介质中分散相流体的演化规律，最终上升到地层尺度，探究重力等外场对气泡群熟化的影响。我们希望能为二氧化碳地质埋存、油气开采、先进电池系统的提效等科学与工程问题提供坚实的理论基础。
3.2 乳液在多孔介质中的流动
乳液在多孔介质中流动机理研究对于提高油气田采收率、清洁污染的土壤等具有重要作用。而之前诸多乳液流动的研究，借助传统的乳液制备方法，通过三维岩心中，重点关注流量与压力差之间的关系，而乳液流动过程中液滴通过孔喉时的形态变化特征往往不被关注，所以乳液在多孔介质中的流动的力学机制还没有很系统的解释。
我们的研究实验研究运用了微流控可视技术，将乳液研究集中在直通道和单个液滴行为上，从而发现了当单个液滴直径大于喉道宽度，且液滴流动时每次只能通过一个喉道时，液滴流动状态随毛细管数增加而呈现的不同的行为，以及不同的液滴流动行为所导致的乳液流动压力随毛细管数的变化趋势，并得到相应的数学模型。
我们希望我们的研究可以帮助解释一些已经被发现的乳液在多孔介质中流动问题，并从物理机理角度给出解释，如优势通道（上图所示），剪切变稀等现象，为乳液流动相关的工程问题提供更多的理论基础。
3.3 近裂缝多孔介质流动传质传热耦合研究
继美国，俄罗斯国家大力开发页岩油气资源后，我国成为第三个页岩油大国。我国的页岩油储量十分丰富，多为陆相页岩油，但是勘探开发起步晚。近期，大庆油田古龙页岩油勘探取得重大战略性突破，将页岩油革命推向高潮。
页岩油开发不同于传统油气开发模式。CO2吞吐被一直认为是提高页岩油开采效率的方法，并且CO2混相驱是提高页岩油开采率的有效方式。
针对页岩储层微裂缝发育（1000-3000条/米）的特点，我们提出近裂缝多孔介质系统，以期研究近裂缝多孔介质系统中的流动、传热、传质耦合机理问题，优化页岩油开采方案。
另外，此类近裂缝多孔介质系统在CO2地质埋存中也非常常见。近地表咸水层原生裂缝发育，CO2与水跨界面剧烈传质会带来能量变化；枯竭油气藏经压裂开采，不规则裂缝丰富，油、气、水三相跨界面剧烈传质等问题需要理论支撑。
通过对近裂缝多孔介质系统中复杂的流动、传质、传热现象进行实验和理论分析，以期为页岩油高效开采、二氧化碳地质埋存等科学问题提供依据。