近日，陈益峰教授团队发现了颗粒间液体毛细粘聚导致岩石裂隙堵塞的新现象，论文被地学领域国际权威期刊《地球物理研究快报》(Geophysical Research Letters)接收。该论文题目为“毛细粘聚诱导颗粒团聚现象导致岩石裂隙堵塞”(Liquid Cohesion Induced Particle Agglomeration Enhances Clogging in Rock Fractures)，第一作者是博士生张仁君、通讯作者为杨志兵教授。该研究得到了国家自然科学基金基础科学中心项目、国家杰出青年科学基金和面上项目的资助。

岩石裂隙中的悬浮颗粒迁移现象广泛存在于自然界和工业过程中，例如水库泥沙充填坝基和库底岩体裂隙导致淤堵，水力压裂支撑剂增加油气采收率，以及钻井中的颗粒堵漏材料减少钻井液漏失。作为一种普遍且重要的现象，颗粒粘聚团簇行为对岩石裂隙中悬浮液迁移和颗粒堵塞过程的影响被长期忽视。

研究团队通过开展粗糙裂隙中颗粒悬浮液流动可视化实验，发现引入极少量的非混溶湿润液相（重量百分比 ≤ 0.5%）即可使颗粒堵塞裂隙，并给出了由非混溶液相含量与流速共同控制的堵塞模式相图 (图1)。从悬浮液组分和水动力条件角度，解释了堵塞模式的转变原因。通过进一步研究，发现非混溶湿润液相形成的液桥使颗粒间产生毛细粘聚作用，导致分散的颗粒聚集成更大的团聚体，进而更易堵塞流动通道。基于颗粒粒径分布、液桥体积分析以及团聚体形状的最小二阶矩假设，提出了毛细粘聚颗粒团聚体尺寸分布的理论模型，同时结合“1/3准则”（即当颗粒或团聚体的中值粒径D₅₀大于裂隙开度b的1/3时，裂隙发生堵塞）和与实验结果的对比，验证了该理论模型，实现了毛细粘聚效应影响裂隙堵塞的定量描述。

该研究揭示了毛细粘聚效应与流体冲刷在裂隙颗粒堵塞过程中的共同作用，对于理解、预测和控制裂隙颗粒堵塞过程具有重要意义，对于调控悬浮液中颗粒表观粒径分布以及颗粒运移和堵塞过程具有应用价值。

图. 毛细粘聚诱导颗粒团聚现象导致岩石裂隙堵塞

论文链接：http://doi.org/10.1029/2022GL102097