热-流-固耦合渗流的数学模型研究

本文阐述热-流-固耦合渗流的数学模型。基于线性热弹性理论,介绍了饱和多孔材料多场耦合的完整方程组,包括渗流方程、本构方程和能量方程。并讨论了对它的求解内容及其在相关工程技术领域的应用。

水驱油物理模拟理论和相似准则

以相似理论为基础，考虑微可压缩流体的非稳态流动，研究了注水并网模拟实验理论。应用方程分析法（检验分析法），推导出水驱油二维模拟的相似准则。用Buckingham的Ⅱ定理进行验证，可知得出的相似准则中所含无量纲乘积（Ⅱ）个数少，物理意义明确，数据换算清楚。对于平面水驱油模拟实验，在流体不可压缩情况下，其结果可以大为简化。给出的相似准则的相似变量为：残余条件下的油水流度比、无困次时间、无因决压力以及折算合水饱和度。并介绍了原型与模型之间数据换算的计算软件。理论和准则及数据换等软件可很容易推广到三维三相等温渗流模拟实验的情形。

分支水平井的样板曲线和试井分析

研究了各向异性地层中分支水平井的瞬变压力分析和现代试井解释方法。考虑了井储和表皮因子，利用坐标旋转导出无限大平面中任意方向一个线段源的瞬时源函数；然后通过叠加给出任意多个线段源（其延长线均通过坐标原点）在ｘｙ平面上给出各向异性的瞬时源函数ＧＸＹ。同时给出各向异性地层中上下封闭、上下定压和混合边界这三种情形在铅直方向的瞬时源函数ＧＺ。根据Ｎｅｗｍａｎ乘积原理得出一般情形分支水平井的Ｇｒｅｅｎ函数ＧＸＹ＊ＧＺ。进一步给出了无量纲压力的解析表达式ｐＤ以及井底压力在Ｌａｐｌａｃｅ空间的结果ｐＤ（ｗ）。为了计及井储和表皮影响，根据无量纲井储常数ＣＤ和表皮因子Ｓ的定义，导出了无量纲井底压力在Ｌａｐｌａｃｅ空间的表达式ｐｗＤ（ＣＤ，Ｓ，ｓ），这里ｓ是拉氏变量。这个表达式中包含ｐＤ（ｗ）。利用数值反演算出我们所需要的样板曲线，给出了若干例子。在一定条件下它对尖灭角内单个水平井同样适用。最后给出分支水平井试井解释的方法步骤。

多孔介质中对流的研究

介绍多孔介质中对流研究的重要意义及半个世纪以来的研究进展，特别是近１０年来在对流振荡、分岔等方面的研究和对混饨的探讨．着重讨论多孔介质中的自然对流．

分形渗流基本公式及分形油藏样板曲线

对具有双重分维(管径分维和迂曲分维)多孔介质中流体的流动,导出了渗流速度、渗透率及孔隙度的公式,证明了这些公式在不同的坐标系中都是成立的,并在不同的坐标系中建立了微可压缩流体的渗流偏微分方程,即分形渗流的压力扩散方程.给出了线源条件下压力降落解和压力恢复解.对于考虑井储及表皮的实际井筒也求得了相应的解,并绘制出无限大地层的样板曲线,给出试井解释的方法、步骤.结果表明,对所研究的双重分形介质,用传统的压降半对数直线段试井分析、压力恢复的豪纳(Horner)法以及GringartenBourdet图版的曲线拟合法会带来较大误差,特别是迂曲分维较大的情形,以上方法是不适用的.

多孔介质中的非达西自然对流的分岔研究

利川分岔理论研究了多孔介质底部加热所引起的非达西自然对流，用有限差分方法计算 了对流的分岔；确定了Ｂｅｔａ数与临界瑞利数的关系，结果表明：随着Ｂｅ从０增大到１， 出现分岔的单胞对流的临界瑞利数Ｒａｃ从３９．３５ 单调地增大到４１．１５．双胞对流亦有类似的趋 势．这说明惯性－湍流效应有使对流稳定性增强的趋势．

各向异性气藏中分支水平井的压力分析

水平并试井分析技术在国内外尚属一个新的课题，难度大、可借鉴的方法少，而研究水平井开发过程中地层压力的分布和变化是解决该类井试井分析的前题。对分支水平井各向异性地层，导出气藏拟压力的瞬时点源解，利用瞬时源函数和Ｎｅｗｍａｎ乘积原理，给出气藏中各种分支水平井的Ｇｒｅｅｎ函数。求得地层抓压力分布的解析表达式，对于某些常用的水平并布局，给出了Ｇｒｅｅｎ函数一览表，便于应用。文中所述方法也适用于尖灭角内水平井的情形。

非牛顿流体渗流的特性参数及数学模型

通过不均匀的毛细管组模型，建立了幂律型流体和宾厄姆（Ｂｉｎｇｈａｍ）流体渗流的广义达西定律和一般的渗流方程。

渗流力学的理论应用及其前沿研究

渗流力学是研究流体在多孔介质中运动规律的科学,在国民经济的许多领域都有着广泛应用.我们首先结合渗流实验室的研究工作,介绍渗流力学研究内容、渗流力学的发展,然后重点介绍渗流力学在石油勘探与开发中的应用研究,以及渗流实验室研制开发的渗流力学软件在全国各油田的应用情况.

多孔介质中对流的周期性解与混沌

研究多孔介质内部有热源的对流传热．用高阶差分研究在不同的渗流瑞利（Ｒａｙｌｅｉｇｈ）数Ｒａ下对流随时间进展的演化情况（为比较起见也适当考察倾斜角的影响）．Ｒａ计算到大约１６０００．结果表明：在Ｒａ较小时对流是稳定的，Ｒａ增大到４６００出现了非稳定的但为周期性的解．随着Ｒａ进一步增大，出现一些混沌窗口．对于有侧斜角的情形。

多孔介质中二维对流传热的分叉

本文利用分叉理论研究了流体饱和的二维多孔介质从底部加热所引起的自然对流。用有限差分方法确定对流的分叉进程 ;揭示其模式转换机理及分叉对非正常流动图象形成的影响 ;同时确定了矩形截面宽高比与临界瑞利数的关系。还提出了一个判别分支稳定性的简明方法。

矩形截面多孔介质腔体中对流分叉的有限差分研究

利用有限差分方法并基于分叉理论计算了矩形截面多孔介质腔体中浮力对流的分叉结构；绘制出几种典型情形的流线图和等温线图；讨论了对流模式的转换过程；对于几种较低的模式的转换。

变流量情形的压力降落分析

对于产量随时间任意变化的情形,本文用折线代替产量变化曲线,给出一种简明而又准确的用于进行压力降落分析的方法。

河外射电双源中相对论激波和热斑的计算分析

本文用两种介质以相对论的速度相互碰撞的模式,根据相对论理想流体的激波理论,详细计算了射电子源形成初期的主要参数,包括分离速度和激波传播速度.对热斑从星系内过渡到星系际空间准稳定状态的演化过程作了定性的一般讨论.然后用强激波关系对准稳态子源的有关参数进行了近似计算.所得结果与观测数据大体相符.

预测石蜡沉积的热力学模型

溶解石蜡的原油在稳定状态下为真溶液,当热力学条件改变时,石蜡以结晶方式析出而沉积于孔隙介质表面或管壁,引起严重堵塞,给油田生产造成巨大危害。提出了预测石蜡从原油中沉积的热力学模型,根据正规溶液理论对固体混合物的非理想性进行了校正。该模型采用状态方程统一描述气相和液相,能够体现体系组成、压力、温度以及不同组分间相互作用的影响,使热力学模型能够更真实地反映多相相平衡规律;考虑了液相、固相的热容差对石蜡沉积的影响,能够确定石蜡从原油中开始析出的温度(或压力),以及随着温度的降低(或压力的改变)所沉积出的石蜡数量。用该模型预测的石蜡沉积起始温度与实验数据一致性较好。图2表2参6(邓春萍摘)

煤层渗透率影响因素综述与分析

文章详细地讨论了诸因素对煤层渗透率的影响 ,指出在常规情况下 ,有效应力、基质收缩等在煤层绝对渗透率诸影响因素中占据主导地位 ;并在以上分析的基础之上 ,提出了煤层气勘探开发的施工工艺中应该尽量避免渗透率的损失 ,或者尽量采用强化措施 ,对煤层进行改造 ,以提高渗透率 ,从而提高其开发能力。同时也指出了应加强对煤层孔隙度、渗透率的测定方法的研究以及煤层割理、孔隙发育机理的研究 ,为储层评价提供更为充分的依据。

饱和多孔介质流固耦合渗流的数学模型

将基于多孔介质的有效应力原理引入流固耦合渗流中 ,并根据平衡条件得出了应力场方程 ;充分分析流固耦合渗流的物理特性 ,建立起孔隙度和渗透率动态模型 ;依据流体力学连续性方程 ,考虑流固耦合情形下多孔介质骨架变形特性和流体的可压缩性 ,得到了孔隙流体的连续性方程 ,即渗流场方程。在以上诸方程的基础上辅助以定解条件 ,建立起了完备的饱和多孔介质流固耦合渗流的数学模型。本文还对模型进行了简化分析 ,并与经典一维固结理论作定性对比 ,分析表明 ,经典的固结理论可认为是本文模型的一种简化。

多孔介质的流变模型研究

多孔介质在应力作用下具有弹性变形和黏性变形两种完全不同的变形机制.多孔介质的弹性变形是由介质的本体有效应力所致,而黏性变形则是由介质的结构有效应力所致.多孔介质的总变形为弹性变形和黏性变形的叠加.计算多孔介质总应变量的流变模型必须同时采用本体有效应力和结构有效应力(双重有效应力),而传统的流变模型仅采用Terzaghi有效应力是不妥当的,它无法正确描述多孔介质的应变行为.采用了双重有效应力之后的流变模型,通过调节介质物性参数,可以拟合介质的实际应变行为,并且把多孔介质与普通固体联系了起来.

油气体系气液固三相相平衡计算

油气体系含有一定的石蜡、胶质、沥青质等有机固相物质 ,当油气体系的热力学条件发生改变时 ,它们将从气、液中析出而沉积 ,给油气田生产带来严重的危害。气液固三相相平衡理论研究和相态计算能够确定油气流体发生固体沉积的热力学条件 ,并确定出不同热力学条件下的固体沉积数量 ,从而为防止和控制固体沉积提供理论依据和评价技术 ,以利于指导油气田开发开采工艺设计。文章根据正规溶液理论和状态方程以及流体热力学相平衡原理建立了油气体系气液固三相相平衡热力学模型 ,结合物料守衡方程建立了相应的数值计算模型。实例计算表明 。

多层合采试井分析方法

针对多层层间无窜流，原始地层压力不同，各层物理、几何参数不同、无封隔器合采情况下的试井问题，考虑井 储与表皮，定义了多层合采试井的无量纲初始井筒压力，从而给出了试井模型样板曲线计算方法和分层参数的拟合方法。试井模型的限制条件如下：各层为均质油藏，内边界是全部射开直井，外边界可以是无限大，一条边界，角度油藏，封闭油 藏等任意几何形状。通过计算对其中几个典型情况下的多层油藏压力动态进行了分析。