考虑低速非Darcy渗流的饱和黏性土一维固结分析

介绍并分析了非Darcy渗流模型,修正了Terzaghi一维固结模型并进行了数值计算,分析了固结过程以及超静孔压消散的规律,认为超静孔压的缓慢消散是导致次固结现象的原因之一。讨论了起始水力梯度、临界水力梯度、瞬时荷载以及土层厚度对固结过程的影响,提出了确定非Darcy渗流适用范围的公式。

考虑粘性土体低速非Darcy渗流地面沉降模拟的探讨

过度抽汲地下水引发的地面沉降是全球广泛关注的地质环境问题。对其进行数值模拟是实现地面沉降灾害科学管理的最有效手段。水流模型是地面沉降模型的必要组成部分,对其刻画得准确与否将影响沉降模拟的准确度。本文首先综述了低渗透性粘性土体中的低速非线性Darcy渗流规律,而后从地面沉降发生的地质背景分析出发,论证了低速非线性Darcy渗流对地面沉降模拟的作用,并讨论了当前地面沉降模拟中水流模型刻画的不足之处。最后提出了如何在地面沉降模拟中考虑低速非Darcy渗流的4个关键性科学问题,对该问题的探讨有助于提高地面沉降模拟的准确性。

基于分形理论的承压破碎矸石非Darcy渗流特性研究

为探究采空区充填破碎矸石在上覆岩层作用下的非Darcy渗流特性,利用自主研发的破碎岩石渗流试验系统,采用稳态渗透法对4种不同初始级配的承压破碎矸石进行单轴侧限压缩及渗流试验,得到破碎矸石在不同有效应力下的孔隙度、分形维数、渗透率、欧拉数以及非Darcy渗流过程中的能量耗散规律。研究表明:在高渗透压和高孔隙度下,流体的流速较快导致非线性影响因子E值远大于0.1,此时表现出高速非达西渗流特征;孔隙度随有效应力的变化过程可分为2个阶段,当Talbot幂指数n值趋于0.4时,各粒径区间的颗粒质量配比良好,易被压实;随着分形维数的增大,颗粒破碎程度加剧,岩样渗透率呈线性减小趋势;推导出欧拉数与流速之间是呈反比关系,流速增大流体的动量传递逐渐减小。

承压破碎岩石非Darcy渗流的渗透特性试验研究

地下工程中的破碎岩石在渗流过程中其结构发生两方面变化,一方面由于水压的作用引起孔隙结构发生变化,另一方面固体材料之间的接触应力造成棱角破损。因此,承压破碎岩石的渗流不同于自然堆放状态下的堆石渗流,其渗透特性随着位移或载荷的变化而产生显著变化。基于MTS815.02型岩石力学试验系统及破碎岩石渗透仪,利用稳态渗透法及轴向位移控制法测定了粒径分别为5mm―10mm、10mm―15mm、15mm―20mm、20mm―25mm以及混合粒径的破碎砂岩、煤矸石及灰岩在承压过程中非Darcy流的渗透特性,给出了岩样在不同轴向位移水平下的孔压梯度与渗流速度关系曲线,得到了渗透特性随孔隙率的变化规律,揭示了Darcy流偏离因子可能为负的现象。研究表明:1)随着孔隙率的减少,渗透率呈现整体下降的趋势,而Darcy流偏离因子的绝对值呈现整体上升的趋势;2)破碎岩石的渗透性不仅和外载水平及当前孔隙度有关,还与碎石的粒径、颗粒的排列方式以及初始孔隙结构(如初始孔隙通道)等有关;3)三种破碎岩石渗透率的量级为10-16m2―10-12m2,Darcy流偏离因子的量级为1012kg/m4―1015kg/m4;4)当颗粒的破碎细化现象严重时,Darcy流偏离因子出现负值的可能性较大。

基于非Darcy渗流的饱和黏土一维固结理论

按Terzaghi饱和黏土一维固结理论得到的固结度理论值有时与实际值之间存在较大的误差,其原因之一是忽略了某些饱和黏土中孔隙水的渗流对Darcy定律的偏离。引入可以同时考虑低速渗流曲线段和较高速渗流直线段的非Darcy渗流方程,重新推导饱和黏土一维固结方程,并采用有限体积法对该方程进行数值求解。与Terzaghi饱和黏土一维固结理论解析解的对比,证明该方法的有效性。在此基础上,探讨非Darcy渗流参数对固结过程的影响。计算结果表明,非Darcy渗流延缓了饱和黏土中孔隙水压力的消散速度,故使得地基的固结速度比Terzaghi一维固结理论值要慢。同时,除固结系数外,综合直线渗流起始水力梯度i1、土层厚度H、地面荷载p0等3个参数的指标I1也是表征饱和黏土渗透固结特性的一个重要指标。最后,讨论Terzaghi一维固结理论的适用范围。

低速非达西渗流的全隐式模拟模型

许多研究表明,低渗透介质中的流体渗流需要启动压力梯度,并不遵循达西定律;而传统的油藏数值模拟理论都是建立在达西定律之上的,因而它很难反映低渗介质中的流体渗流特征。为了让油藏模拟模型能正确描述低渗介质中这种特殊的渗流现象,基于前人的研究成果,建立了一种非达西渗流的全隐式数值模拟模型,并给出了该数学模型的有限差分形式和相应的全隐式处理方法,完成了已有模拟器的功能改造。最后给出了计算实例,结果表明,在其它条件相同的情况下,启动压力梯度越大,则在相同时间内的采出程度越低,累计注水量越少;相反,启动压力梯度越小,则在相同时间内的采出程度越高,累计注水量越多。分析表明,算例的模拟结果是合理的,此模型能够反映低渗介质中流体的低速非达西渗流特征。图3参5（周涌沂摘）

含水低渗气藏低速非达西渗流数学模型及产能方程研究

在低速非达西渗流实验研究基础上,对含水低渗气藏气体流动特性进行了分析,并建立了含可动水、不动水和束缚水影响下的3类低速非达西渗流数学模型,推导出了气体滑脱效应和启动压力梯度分别存在和同时存在条件下的系列气井产能公式。通过实例计算证明数学模型符合现场实际,气井产能公式可为确定不同含水条件下低渗气藏气井合理的产能提供必要的理论依据。

气体低速非线性渗流研究

通过设计的实验方法,测定了气体通过一定束缚水饱和度下的多孔介质中的真实启动压力梯度值,并测定了一系列压力梯度下对应的流量。借助于视渗透率和真实启动压力梯度,来描述气体通过多孔介质时的综合阻力系数,结合雷诺数和综合阻力系数的半对数图的渗流曲线形态和渗流机理,把渗流过程划分为3个渗流阶段,即线性渗流区、过渡区及低速非达西流区,由此得出气体由线性流到过渡流区的临界雷诺数值,得出气体临界雷诺数为1×10-5。为了便于工程技术人员的实际应用,绘制了便于应用于实际生产中的渗透率与临界流速的图版。

考虑非Darcy渗流时循环荷载下饱和黏土一维固结分析

考虑到土体处于超固结状态下的压缩性一般要比正常固结状态下的低,引入描述非Darcy渗流的Hansbo方程,修正了Terzaghi饱和黏土一维固结方程,并将其推广到低频循环荷载作用的情况。采用有限体积法对该方程进行了求解,并讨论了非Darcy渗流参数、循环荷载周期以及超固结状态下土体压缩性对固结进程的影响。计算结果表明,在矩形波载作用下,按孔压定义和按变形定义的固结度都随时间增长而震荡增加,且按孔压定义的固结度的震荡幅度明显大于按变形定义的固结度。另外,非Darcy渗流减缓了地基的沉降速率,且循环荷载周期越短,或超固结状态下压缩性越高,地基的沉降速率就越慢。

Forchheimer型非Darcy渗流系统的滞后分岔

在对Forchheimer型非Darcy渗流系统的控制方程进行简化的基础上,分析了系统平衡态的存在性、稳定性及其跳跃,详细讨论了系统的滞后分岔.研究表明:当非Darcy流β因子由负变为正时,平衡态的一支可能失去稳定性,或者跳到另一支,系统发生滞后分岔;当系统的空参量和边界压力发生变化时,稳定的平衡态和不稳定的平衡态合为一个鞍结点,系统发生切分岔.

气体低速非达西渗流机理及渗流特征研究

为明确气体在低速渗流状态下的渗流规律以及产生低速非达西渗流的实质性原因,运用分子动力学、热力学和渗流力学等相关知识,基于滑脱效应和阈压效应两方面分析了气体在低速渗流状态下的渗流机理及渗流特征。研究认为,气体滑脱效应是毛细管壁处气体分子滑流和毛细管内部气体分子扩散的综合效应,是浓度场和压力场作用叠加的结果。

非Darcy渗流时饱和粘土的一维固结特性

采用考虑起始水力梯度的非Darcy渗流方程,修正了Terzaghi饱和粘土一维固结理论,并对初始孔压沿深度线性分布的情况用有限体积法进行了求解.计算结果表明,考虑渗流起始水力梯度时,地基的固结速度要慢于Terzaghi固结理论值,而且除固结系数外,渗流起始水力梯度、土层厚度以及初始孔压的大小和分布也都对地基的固结有显著影响.另外还证实,当主固结完成时,地基中存在一定的残余孔隙水压力无法完全消散,因此地基的最终固结度总小于1.

气体低速非达西渗流特征参数分析与计算

低渗透气藏气体渗流特征参数的研究是合理开发低渗透气藏的基础和出发点,而目前对于低渗透气藏气体渗流特征参数的研究还只是停留在定性分析的水平上,还没有形成一整套建立在理论分析之上、能够完整描述气体渗流规律的特征参数数学模型。文中将理论分析和数学推导相结合,建立了包括“滑脱动力”、“启动压差”、“综合渗流速度”及“临界压力”和“临界压力”平方梯度”在内的能够完整描述气体渗流特征规律的数学模型。论文的研究将有利于认识低渗透气藏的渗流规律,为低渗透气藏的合理开发提供理论依据。

某突出矿煤岩非Darcy流渗流稳定性实验研究

为了获得煤岩非Darcy流渗透特性,利用MTS-02型岩石力学试验系统采用全程位移控制对煤与瓦斯突出矿煤样进行了全应力应变过程数控瞬态渗透法试验。计算出煤样破坏过程中不同应变下非Darcy流渗透率、非Darcy流β因子、加速度系数及渗流稳定性指数,并给出发生渗流失稳所需的压力梯度。研究表明:该突出矿煤样的渗流稳定性指数χ的负值较多出现在峰值应力后并且其发生渗流失稳所需的压力梯度较大。

基于图像识别的裂隙煤层气非Darcy渗流模拟

煤层气在煤岩裂隙中流动时,由于其粘度系数较小,很容易产生非Darcy现象。因此,考虑煤层气的非Darcy渗流将会使得研究结果更加客观和准确,对煤层气开采具有实际意义。首先将实物裂隙高清拍照导入Matlab软件中进行图像二值化处理,再利用COMSOL软件对二值图像进行模型重构和数值模拟。模拟结果显示,煤层气渗流速度随着裂隙尺度的变化而不断改变,速度随时间不断增加,但区域渗流速度分布状态保持不变。与Darcy结果的对比分析可知,相同压力梯度下,考虑非Darcy因素的产气量要明显小于仅考虑Darcy因素的情况。同时,结果显示,在渗透率不同的煤裂隙中,煤层气的渗流速度不同。渗透率较大时,渗流速度相对较大,同样,渗透率较小时,渗透速度较小。

径向非均质油藏低速非达西渗流试井分析

首先研究了非均质径向油藏低速非达西渗流动边界问题的数值解 ,然后给出了含启动压力梯度和地层流量分布的井底压力及其导数关系式 。

峰后岩石非Darcy渗流的一维非定常严格简明解析解

煤炭是中国近期的主要能源,仍需要大力研究.而煤矿采动围岩大多处于峰后应力状态或破碎状态,其渗流一般不符合Darcy定律.探讨非Darcy渗流系统,对其研究既有理论创新价值,尤其在煤矿安全中更有重要的实用价值.用近年发展的求解偏微分方程新的分离变量法——加法分离变量法,得出了Ahmed-Sunada型非Darcy渗流的3套非常简明的一维非定常严格解析解,以发展相应的渗流理论,以及作为标准解推进渗流数值计算的水平.

分形油气藏非达西低速渗流时续流和表皮效应的影响

本文建立了分形油气藏非达西低速渗流时续流和表皮效应影响的数学模型,并对定解问题用拉普拉斯变换求解,拉氏空间的特解用格林函数表示,得到了解析解和渐近解。

分形油藏非达西低速不稳定渗流的研究

根据分形几何学并结合非达西渗流力学 ,建立了分形油藏低速非达西渗流的数学模型。根据拉氏变换和Stehfest数值反演求得了有限半径井的实空间解 ,并分析了分形参数、非达西渗流指数等对压力动态的影响。研究分形油藏非达西低速不稳定渗流的动态特征 ,对低渗透油田的开发具有指导意义。

波动承压水下基坑底部弱透水层的非Darcy渗流分析

为了更好地解释由承压水引起的基坑突涌现象,从渗流固结的角度出发,将Hansbo非Darcy渗流方程引入饱和土的Terzaghi一维固结方程中.采用有限差分法,求得由波动承压水引起的超孔压数值解,并将其退化到Darcy渗流情况与已有解析解进行对比,分析了非Darcy参数、承压水波动周期和初始水位对弱透水层超孔压变化规律的影响.结果表明:在波动承压水作用下,弱透水层中的超孔压随波动时间的延长而增加,若干周期后达到稳定波动状态.非Darcy渗流试验常数和直线段的起始水力坡降越大,超孔压的传递滞后现象越明显,振幅越小;承压水波动周期越长或者初始水位越高,超孔压的振幅越大;基坑底板承受的初始承压水位越高,超孔压受到承压水变化的影响越明显.工程应用的实例表明,考虑土体非Darcy因素时可以适当降低承压水位的设计下降深度.