压裂液强制返排中支撑剂回流理论及应用研究

对于低渗致密储层,压裂施工结束后常采用压裂液强制返排技术,支撑剂是否回流是该技术成功与否关键性的评价标准。针对目前支撑剂回流机理研究的局限性,详细分析了支撑剂运移回流的物理过程,通过对注入的最后一段支撑剂中的单颗粒支撑剂的受力分析,建立了支撑剂回流的运动模型和起动模型。计算结果表明:注入的最后一段支撑剂在停泵后瞬间就在裂缝口停下来,支撑剂是否发生回流主要取决于返排的压裂液是否有足够的速度将支撑剂起动;在强制返排的过程中,先用小油嘴放喷返排,然后换用较大油嘴,既能及时把压裂液排出地层,又能较好地防止支撑剂回流。为定量选择放喷油嘴直径提供理论依据,优化返排工艺。

铁路隧道火灾烟气逆流的计算模型

通过理论分析结合经验公式,构建铁路隧道火灾烟气逆流距离的计算模型。建立长为52.5 m、内径为1.1 m、缩尺寸(1:9)的实验模型隧道。设定了7个隧道坡度、4个纵向风速,用以模拟实际隧道火灾场景,获得不同坡度和不同通风情况下烟气逆流距离的变化。实验结果表明:隧道坡度及通风速度对烟气逆流距离具有明显影响。通过模型隧道火灾实验的测量结果与计算模型的预测结果的对比,验证了计算模型的有效性,可为铁路隧道防灾通风设计提供依据。

淹没式勾头丁坝水流特性研究

为研究过勾头丁坝的水流特性,选用Flow-3D中的RNGκ-ε紊流模型建立了勾头丁坝水流计算三维数学模型,并采用淹没式丁坝的物理模型试验验证了所建模型能较好地模拟过丁坝水流。基于所建数学模型分析了不同型式丁坝(上伸勾头丁坝、T型丁坝、下伸勾头丁坝)的过坝水流特性,结果表明上伸勾头丁坝对水流挑流影响最小;T型丁坝勾头对水流流向改变较大,坝头处水流流速最大;下伸勾头丁坝坝身后存在回流漩涡与方向不同的两个横轴漩涡。

三峡水库区间入流过程计算

三峡水库区间支流多,入汇流量大,区间入流量及入流过程直接关系到水库调蓄计算的精度,区间入流过程的准确计算是三峡水库水动力学计算中需要考虑的重要问题。针对典型水流过程,利用一维水动力学模型,采用水流水动力逐日演进计算的方法,基于水量平衡原则,反算得到了三峡水库区间日均入流过程,区间入流过程按各支流流域面积比例分配在库区各入汇支流上以加入计算河段,并对区间加水前后的效果进行了分析。结果表明,采用此方法后,三峡水库出库流量过程计算结果与实测结果吻合良好。

考虑放喷及压裂液压缩性时的压降分析模型

以物质平衡原理和裂缝延伸规律为基础,在考虑压裂后立即放喷和压裂液的压缩性的情况下,建立了裂缝强制闭合时的二维压降分析模型。该模型不但适用于压裂后立即放喷对裂缝参数解释的影响,也适用于停泵后裂缝继续延伸的情况,而且还可用于裂缝自然闭合的情况。根据该模型编制的软件模拟结果表明,当裂缝进行强制闭合时,以往模型解释的滤失系数比实际值偏大,而该模型可获得真实的滤失系数及其他裂缝参数。

压裂液强制返排及支撑剂回流模型研究

如何科学合理选择放喷油嘴尺寸,同时准确预测裂缝闭合时间,是压裂液强制返排的核心.根据支撑剂运移和压裂液强制返排机理,同时考虑支撑剂受力、压裂液二维滤失、压裂液压缩性和井筒摩阻,并结合物质平衡原理、岩石力学和流体力学的相关理论,建立了裂缝闭合前后放喷油嘴尺寸选型的支撑剂运移及力学模型和裂缝强制闭合时间计算模型.采用建立的模型,不仅可使放喷油嘴尺寸定量化,同时在不需要冗长的压降数据情况下,就能确定裂缝强制闭合时间.经实例验证,本模型的计算结果稳定可靠,可用于实际分析.

压裂作业中多层压裂液返排计算

水力压裂过程中,布砂成功与否和压裂液返排控制有着直接的关系。而目前压裂液返排的研究主要集中在定性分析上,很少有定量的计算。且油田经常采用经济性较强的分层压裂,其压裂液返排的检测和控制,以及其模型和计算关系到水力压裂施工最终导流效果。通过建立压裂液由储层向裂缝,由裂缝向井筒以及井筒中的流动模型,并通过无因次简化数学模型来定量的计算多层压裂液的返排。以压裂液单层裂缝返排模型作为多层返排模型的基础,考虑了井口压力随时间引起压裂液返排比的变化,并利用VB程序编制双层压裂液返排模型,利用实例来计算其返排比。从而可推广到多储层返排应用中。

钱塘江涌潮对风场响应的三维数值研究

台风作用下钱塘江涌潮观赏性强,破坏力大。结合台风期实测潮汐资料分析,基于三维数学模型研究了顺风和逆风条件下恒定风况对钱塘江涌潮水流的影响,得到了不同风况对涌潮高度、流速、传播速度和涌潮潮景的影响程度。顺风作用导致涌潮高度、流速和传播速度均增大,风速愈大,增加幅度愈大,涌潮流速沿水深分布愈不均匀。在顺风30 m/s风况下,盐官涌潮高度增加5%,涌潮流速增大33%,涌潮传播速度加快37%;顺风作用下,老盐仓回头潮更强,回头潮水位更高,反映了台风期间老盐仓经常出现回头潮翻越海堤堤顶的情况。逆风作用与顺风作用相反。计算结果与实际情况在定性上一致。

改进PSO优化神经网络的短时交通流预测

在短时交通流预测中,传统PSO优化神经网络预测模型对逃逸粒子直接取边界值且自身无相应的变异机制,这对于维持粒子群多样性、寻找最优解是不利的。为更进一步提高短时交通流预测精度,将在传统PSO优化BP神经网络的基础上,引入边界变异算子、自变异算子对粒子进行双重变异以优化网络配置参数。用实测的北京二环交通流数据对改进的预测模型进行验证,结果表明该模型更有利于搜寻全局最优解,且寻优时间更短,能有效改善短时交通流预测性能。

湍流模型在浮力回流中的应用与其发展

通过湍浮力回流的数值模拟计算,提出了扩展的k—ε湍流模型、双流体湍流模型及简化的湍流应力代数模型。这些模型的计算结果与实测值符合较好,其中双流体模型在模拟温跃层温度突变现象中与实际情况较为一致。

钻孔作业中反向扩孔气动冲击器尾气携岩特性

建立了由反向扩孔气动冲击器排气孔到后封头的排屑流场,运用计算流体力学理论和FLUENT仿真软件研究了冲击器工作过程中尾气的携岩特性。基于冲击器的结构和工作原理,对气固两相排屑流场进行了数值仿真模拟,进而得到流场的气相特性以及岩屑颗粒运动轨迹和浓度分布规律。结果表明:冲击器排气孔尾气进入排屑流场后流速降低,流场压力由入口到出口逐渐降低;岩屑颗粒向流场底部聚集,颗粒平均浓度沿着远离入口方向变化不大,最大浓度沿着远离入口方向逐渐下降,最终趋于平稳。分析了钻进速度和尾气流量对携岩特性的影响,结果表明:随着钻进速度的增加尾气携岩能力下降,额定工作压力0.8 MPa时钻进速度应小于12.6 m/h;随着尾气质量流量的增加携岩能力提高,施工时应该在保证冲击器工作性能的情况下适当增加尾气质量流量。

倒虹吸工程河段洪水与河床变形的数值模拟

本文利用平面二维水沙数学模型，采用水边界全区自动跟踪方法并考虑了河床局部冲刷与河道演变分析成果，对渠河交叉工程河段进行了洪水与河床变形的数值模拟。模型经过历史特征洪水验证，模拟计算了特征洪水的流场、交叉工程处的壅水及冲刷，根据流场冲刷状况提出了工程优化修改方案。

正反馈在流量调节持续气道正压通气模式的应用

本文介绍了呼吸机流量调节持续气道正压通气模式(FRCPAP),它是在持续气道正压通气模式(CPAP)基础上加以改进的。此模式采用两个反馈环,流量正反馈实现流量控制,进一步加快了对病人需求的响应,压力负反馈实现压力控制,进一步建立系统的稳定性,达到在控制压力的同时对流量进行调节的效果,使得呼吸机系统的输出阻抗进一步减少,从而减小了病人的呼吸肌强迫作功,提高了病人的舒适度。

几种紊流模型在底坎紊流分离流计算中的对比

利用标准模型κ-ε、重整群κ-ε模型和v2f三种不同的紊流模型,在同位网格系统基础上,采用了有限控制体积离散方程,数值模拟了底坎所形成紊流分离流。计算结果表明,所选用的3种模型虽大致都能模拟出底坎分离流的流动特性,如前后角涡、回流型态等,但在主涡心位置、回流长度、水头损失和流速分布等方面3种模型计算结果有所差异,其中v2f模型所计算的结果同试验和大涡模拟的结果值更趋一致。结果表明,v2f模型具有更精确模拟底坎所形成的紊流分离流方面的优势。

长江口深水航道回淤二维数值模拟分析

长江口深水航道整治工程位于长江口北槽,分三期完成。工程实施后,航道内每年均出现严重回淤现象,航道疏浚维护费用巨大。通过建立长江口深水航道二维数学模型,计算了1997、2001、2005、2009年4个不同时间段典型断面涨落潮流量,分析了长江口深水航道工程实施期间涨落潮流量的变化情况,探讨了航道回淤的原因。一期工程使航道中段落潮流量减小而上段落潮流量增加,二期工程后航道整体落潮流量减小,三期工程的实施减缓了航道落潮流量减小的趋势,而航道内落潮流量的减小可能是出现严重回淤的水动力原因。

基于神经网络和平直节理接触模型的细观参数标定方法

近年来,颗粒流程序离散元分析方法在岩石工程领域广泛应用,它从细观角度最大限度地还原了岩石等材料力学行为的本源,但颗粒流模型的细观参数与岩石材料的宏观参数并不相同,其标定过程复杂、耗时。为此,基于平直节理接触模型,以单轴压缩、直接拉伸和双轴压缩等数值模拟试验测试岩石材料宏观力学参数;对模型细观参数进行正交设计,并通过多因素方差分析研究宏细观参数之间的关系;采用BP(back propagation)神经网络建模对细观参数进行标定并校核标定结果,校核结果表明细观参数标定精度普遍高于90%,且总体误差较小,证明了标定方法的可行性。结合花岗岩在室内常规试验下的应力-应变曲线和破坏特征,验证了神经网络的反演方法在标定岩石材料细观力学参数工作中的有效性。

MVR系统非稳态热力学模拟

建立了机械蒸汽再压缩系统的热力学模型,并对换热器无相变瞬态传热分析的模型进行了简化。在此基础上,以加热后的料液显热作为启动热源,以稳态计算数据为基础,利用迭代法对系统非稳态运行过程进行了模拟。结果表明:在闪蒸阶段,系统内蒸汽流量增长较快,当换热量达到蒸发器换热的最大值时,蒸汽流量出现明显拐点,并呈下降趋势直至稳态;系统约在2 500s后达到稳态运行。压缩机最大功率及最大进气量均出现在非稳态运行过程中,与稳态值相比,分别高出41.89%和32.56%。

松嫩平原碱化稻田溶质运移规律研究

使用溴离子为示踪剂,对种稻1年、5年后的碱化稻田土壤水分迁移特征流进行研究。结果表明,与对照相比,种稻措施促进了优先路径的发育,且这种效应随时间而增强。运用人工神经网络中的BP网络、传递函数模型以及对流-弥散函数模型(CDE)对3种处理的溴离子的穿透过程进行模拟表明,传递函数模型(TFM)、对流弥散模型能模拟种稻5年的土壤中的溶质迁移特征,对种稻1年和对照模拟值与观测值存在一定偏差,而BP网络能较好的模拟3种土壤中溶质的运移过程。

页岩气压裂返排液的分析与双效MVR处理

对西南地区某页岩气田压裂返排液进行了分析,在此基础上采用双效机械蒸汽再压缩(MVR)系统对其进行处理,建立了完整的计算模型,并对影响系统的主要参数进行了探讨。压裂返排液分析结果表明:蒸发浓缩液黏度与相同浓度氯化钠溶液的黏度相近,可排除因有机物富集导致其在蒸发器内壁附着而影响传热系数及堵塞蒸发器的可能。模型计算结果表明:进料含盐率由2%增至6%时,压缩机比功耗与压缩机进气量的降幅均小于4.0%,两效蒸发器面积分别减小约4.3%和18.5%;传热温差由4℃升至8℃时,压缩机比功耗增加约51.0%,两效蒸发器面积均减小约49.6%;在系统安全运行的前提下,提高蒸发温度可降低系统能耗。

基于定常射流的有车轮方背Ahmed模型主动气动减阻

近年来,主动流动控制技术已用于汽车气动减阻研究,但较多针对无车轮的简化汽车模型开展且减阻量和净节率均有待提高。本研究针对原始及带有静止、旋转车轮的方背Ahmed汽车模型,采用数值模拟方法,在模型背部施加定常射流进行主动气动减阻规律的研究。首先,分析无射流工况下车轮对方背Ahmed汽车模型气动特性的影响;其次,重点探究有车轮工况下,射流槽布置形式、射流角度、动量系数等因素对气动阻力的影响规律。获得背部射流的最佳工况为:采用连续且距边缘较近的射流槽,射流角度45°,动量系数3%,减阻量可达9.5%,对应净节率为12.7 W。