双重介质温度场-渗流场-应力场耦合模型及三维数值研究

在建立双重介质温度场-渗流场-应力场耦合微分控制方程基础上,提出研究裂隙岩体温度场-渗流场-应力场耦合的双重介质模型,对不同介质分别建立以节点位移、水压力和温度为求解量的三维有限元格式,提出该数学模型的求解策略与方法,开发双重介质流固热耦合分析的计算程序,通过模拟地下2200m的高温岩体地热开发系统的算例发现,注入井附近温度场-渗流场-应力场三场耦合作用十分明显的,主干裂隙对渗流场、温度场和应力场的整体分布具显著影响。与渗流场-应力场耦合,应力场-温度场耦合进行比较,探讨各场耦合效应的强弱,可以得出,在一定空间、时间域内,往往存在着起主导控制作用的双场耦合系统,变温条件下温度场对裂隙渗流场具显著耦合作用,从而论证了存在温度变化梯度的岩土工程中进行三场耦合分析的重要性。

考虑吸附现象作用的三维四相多组分模型

在油气藏渗流过程中 ,油相、气相和吸附相内各烃类组分将会发生相间传质现象 ,油、气的相态也会随之发生转变 ;对于这类流体在孔隙介质中渗流的力学特征和各种物理化学问题 ,可以归结为求解三维四相多组分数学模型。文章在提出考虑“吸附现象作用”的多组分模型假设条件之后 ,建立了相应的三维四相 (油相、气相、水相和吸附相 )多组分数学模型。为了完成油相、气相和吸附相的相平衡计算 ,建立了考虑“吸附现象作用”、适合于地下油气藏烃类体系的三相 (气相、液相和吸附相 )相平衡热力学模型 。

双重介质地层的凝析气井定流压分析模型及应用

在凝析气井生产过程中地层流体会产生复杂的相变,如果井底析出凝析油会造成严重的井底污染,影响气井产量。为了避免这种现象,凝析气井多以定流压的状态进行生产,因此,从凝析气井生产的这一实际情况出发,改变了以往传统的常产量试井分析理论,建立了适应于凝析气井试井分析的定流压渗流模型,绘制了试井理论图版,以适用于凝析气井的试井分析,可以通过凝析气井的产量历史解释出地层参数,还可以进行产能预测,并给出了应用实例。

孔隙-裂隙双重变形介质中的油水两相流动理论研究

在连续介质力学理论架构下,文章建立了饱和油水两相渗流与变形孔隙-裂隙双重介质耦合作用的理论来模拟裂隙砂岩储层中的油-水渗流,提出了基于双孔隙固相系统变形与油水两相渗流的全耦合力学模型;在对力学模型给予适当简化的基础上,应用解耦的有限元数值解方法对裂隙储层的两相流体压力、饱和度以及储层变形等参数进行了数值模拟;结果表明,裂隙储层流体运动主要由裂隙变形、油/水的PVT特性所决定。

考虑硫沉积影响的双重介质气藏试井解释模型研究

在高含硫气藏的开发过程中,随着地层能量的不断下降,硫化氢会分解,硫颗粒析出,最终形成硫沉积现象,对地层造成污染。针对高含硫气藏中的硫污染区和未污染区,建立了双重介质复合气藏试井解释模型。该模型考虑了井筒储集系数、表皮系数、有效井径及井筒流体相分离等因素的影响。求解了无限大气藏的井底拟压力解。最后利用Stehfest数值反演及Matlab软件,获得了无限大气藏井底拟压力及拟压力导数的双对数曲线图版。同时,分析了相再分布拟压力参数、含硫饱和度、硫沉积半径、内外区窜流系数、内外区弹性储容比等因素对试井曲线的影响。研究内容及结果具有较强的理论性及现实意义。

裂缝型多孔介质气液两相渗流的分形分叉网络模型

裂缝型多孔介质的气液两相渗流对于页岩气水平井的产量预测具有重要的理论意义,因此,为了深入理解裂缝型多孔介质的气液两相渗流机理,本文采用分形分叉网络定量表征裂缝系统拓扑结构,发展了气液两相渗流的双重介质模型,推导了裂缝型多孔介质的有效渗透率和相对渗透率,并基于有限元方法数值模拟了裂缝型多孔介质的气液两相渗流。结果表明,分形双重介质模型的预测结果与数值模拟以及实验数据吻合较好,气相和液相相对渗透率随着液相饱和度的增加分别降低和提高,孔隙率和分形维数对相对渗透率具有显著影响。

土壤气相抽提过程中多孔介质扰动的数值分析

基于质量守恒与流体达西定律推导水气二相流动的连续性微分方程,进而结合饱和度～相对渗透率～毛细压力耦合关系构建二相流动数学模型,并建立多孔介质孔隙度变化与水气二相饱和度之间的数学关系,最终实现多孔介质扰动时空变化的定量表征.案例模拟分析结果表明:对于特定场地而言,抽提影响带的空间形态与抽提真空度密切相关,抽提真空度越大,影响半径及影响带内的气流速度越大,本案例中抽提真空度在11kPa和31kPa时的抽提影响半径分别达到8.5m和9m;在抽提过程中,孔隙度及渗透率随时间呈现先增加后稳定的显著变化,达到稳定所需的时长及其变幅则与离抽提段的空间距离成反相关,抽提压力为0.7 105Pa、特征参数C=0.8的情景模拟显示:距离抽提段1m的P1点在约40min后孔隙度达到稳定、增幅为0.0387,而较远的P4点,距抽提段水平距离为3m,约在60min后达到稳定、增幅为0.0031,相应地,P1和P4点介质渗透率分别从1.18×10-11m2增加至2.22×10-11与1.25×10-11m2;在相同抽提压力下,孔隙度增幅与关键参数C值成正相关,抽提压力为0.9×105Pa、C=0.1和0.8时的孔隙度最大增幅分别约为0.009和0.055;相同参数C条件下,孔隙度增幅与抽提压力成正相关,C=0.8、抽提压力为0.7×105Pa时的孔隙度最大增幅则达到0.066.

液饱和多孔介质中三维应力波的传播

为了深入研究液饱和多孔介质中应力波的传播,提出了三维两相细观计算模型。基于此模型,应用Galerkin余量法并计及流-固耦合界面的耦合效应,利用直接耦合的技术,开发了三维流-固混合显式动力有限元计算程序。在此基础上对冲击载荷作用下液饱和多孔介质中三维应力波的传播现象进行了数值模拟,并详细讨论了孔隙率,孔隙形状等因素对应力波传播主导波形的影响。

双重介质油藏裂缝建模方法

双重介质油藏具有双孔、双渗地质特征,井间裂缝尺度各异,形态不规则,储层非均质性强,精确刻画裂缝在三维空间展布特征,建立符合地质规律的三维裂缝模型,是进一步提升该类油藏开发的重点和难点。本文以W油田沙一下生物灰岩储层为例,在综合地质研究成果基础上,利用地震属性约束定量刻画井间裂缝展布特征,该模型定量刻画了双重介质油藏的空间展布特征,为油田开发奠定了坚实的基础。

双重介质热-水-力三维耦合模型及应用

在建立双重介质热-水-力耦合微分控制方程的基础上,提出了高温岩体地热开发系统热-水-力耦合的双重介质模型,对不同的介质分别建立以结点位移、水压力和温度为求解量的三维有限元格式,提出了该数学模型的求解策略与方法,开发了双重介质热-水-力耦合分析的的三维有限元计算程序DTHM.for,对地下-6km的高温岩体地热开发进行了详细的数值分析,结果表明:随地热提取,岩体裂缝法向应力逐渐降低、裂缝宽度成非线性增长;开始运行阶段,拟连续基岩介质内水压上升滞后,1a左右,整个系统水压保持稳定,以固定的压力梯度流动,在注入井和生产井附近区域水压力梯度较大,达0.046MPa/m,而在中间区域相对平缓,平均水压梯度约0.011MPa/m;在地热开采过程中,温度整体呈下降趋势,在生产井附近区域,温度呈非线性降低,与时间呈负指数关系下降趋势,而在注入井附近区域温度呈线性下降.

块裂结构岩质边坡水力学模型及数值模拟

把块裂结构岩质边坡看作拟连续介质与块裂介质广义双重介质,运用现代分形理论,建立了1-2级主干裂隙分形网络,并根据两类介质接触处水头相等及节点流量相等建立了合理的块裂结构边坡三维水力学模型,给出了有限元解法,模拟了三峡工程的蓄水位至175m时边坡渗流场与应力场的变化,在应用上有较好的可靠性与广泛性。

三维双重孔隙-裂隙介质热-水-应力-迁移耦合模型及其有限元分析

建立了一种饱和-非饱和的双重孔隙-裂隙介质热-水-应力-迁移耦合三维模型,其特点是应力场和温度场是单一的,但具有不同的孔隙渗流场、裂隙渗流场和孔隙浓度场、裂隙浓度场,以及可考虑裂隙的组数、间距、方向、连通率和刚度对本构关系的影响,并研制出相应的三维有限元程序.通过与已有算例的对比,验证了该模型和程序的可靠性.针对一个假定的高放废物地质处置库,就岩体和缓冲层均为非饱和介质和放射性核素泄漏的情况进行了数值分析,考察了岩体中的温度、负孔隙水压力、地下水流速、核素浓度和正应力的状态.结果显示,缓冲层中的温度、负孔隙水压力及核素浓度呈现非线性的变化、分布;尽管裂隙水饱和度平均仅为孔隙水饱和度的1/9,但因裂隙的渗透系数比孔隙的渗透系数大4个数量级,故裂隙中地下水的流速约是孔隙中相应值的6倍;应力分布集中的区域位于缓冲层和处置孔壁交界两侧附近.

块裂结构岩质边坡渗流模型及数值模拟

把块裂结构岩质边坡看作拟连续介质与块裂介质广义双重介质,运用现代分形理论,建立了1～2级主干裂隙分形网络,并根据两类介质接触处水头相等及节点流量相等建立了合理的块裂结构边坡三维渗流模型,给出了有限元解法,模拟了三峡工程的蓄水位致175m时边坡渗流场的变化,在应用上有较好的可靠性与广泛性。

化学浆液在岩土介质中的非混溶流动过程

化学浆液在岩土双重孔隙介质中的流动是一个二相驱替过程。对这一过程建立方程描述并求解，结果显示了化学浆液在孔隙系统中的吸渗速度远小于在裂隙系统中的流动速度。

柴油机尾气颗粒捕集气固两相流模拟研究

本文运用离散相模型和多孔介质模型建立了柴油机颗粒捕集器的二维物理模型和气固两相流模型。研究表明模拟的多孔介质流场压力与实验测量结果相对误差小于±5%,模拟的颗粒捕集率达到75%-92%,且与流速和颗粒直径有关,研究结果对颗粒捕集器的优化设计提供了依据。

一种利用岩块特征长度估算二维渗吸量的新方法

对于存在大量亲水疏油岩块的天然裂缝性油藏,自发渗吸是基质岩块和裂缝系统油水交换的重要驱动机制.对于一维渗吸问题,前期存在自相似解析解,后期可以用近似解析解描述,从而可以很方便地估算出岩块剩余油饱和度和岩块出油速率.本文研究了二维矩形岩块在不同边界条件下渗吸过程的近似解析解,通过引入特征长度,将二维岩块渗吸问题等效为一维,从而可以有效利用一维近似解析解来估算出二维岩块渗吸过程中剩余油饱和度和岩块出油速率随时间的变化.本文提出了一个新的混合特征长度,在渗吸前期取岩块面积与岩块开放边界长度之比;在渗吸后期,特征长度根据前期特征长度和Ma等提出的特征长度按饱和度插值确定.通过数值检验比较了几种常见的特征长度取法和本文提出的混合特征长度取法,结果表明新的混合特征长度总体性能优于其他已有的特征长度取法,并且适用于本文列举的所有边界条件.

裂缝多孔介质流模型研究进展

页岩/致密油气藏等非常规油气藏的储层介质为典型的多尺度空间:既具有纳微米级的基质孔隙,又具有微米-厘米级的天然裂缝,以及大规模压裂所产生的米级到百米级的人工裂缝.本文针对裂缝多孔介质,介绍基质、天然裂缝、宏观裂缝及大尺度缝洞中的流体耦合流动数学模型.

四川合兴场底水气藏排水采气数值模拟研究

针对四川合兴场须二底水气藏目前开采中的主要问题 ,应用双重介质三维二相模型 ,借助于排水采气的单井处理技术 ,进行了排水采气的数值模拟研究。根据 17个排水方案的模拟计算结果 ,分析了双重介质底水气藏的水侵规律 ,推荐了科学合理的排水方案 ,对气井的复活或延长气井和气藏的开采期 。

致密油储层基质块渗流特征

高效开发致密油藏需要分段多簇水平井体积压裂技术,以形成网络裂缝。压裂后的致密油藏为基质-裂缝双重孔隙介质,渗流过程复杂。由于缝网的复杂性及表述的困难性,导致产能模拟的不确定性。为此文中由易到难,先以一个基质块为研究对象,研究存在启动压力梯度的致密储层压裂后流体从基质块向裂缝的流动;再在一个基质块内建立考虑启动压力梯度的三维渗流模型,并给定不同的边界条件描述基质块衰竭开采的过程,利用有限差分方法建立隐式压力并求解模型。通过选取地质及流体参数进行实例计算,得到不同生产时间、不同启动压力梯度、不同基质块尺寸下的基质块压力分布、日产量、累计产量、可动用体积百分比、采收率等关系,定量地认识了一个基质块的渗流参数,为致密油储层渗流特征研究打下基础。

使用微计算层析成像技术实现多孔介质三相流可视化

在油气藏中，多孔介质的三相流是一种常见现象。本研究用微计算层析成像(MCT)技术给出供粒间多孔介质中流体分布的各种定量图。本项研究主要是确定孔隙尺度级上单相流体的位置、分布及饱和度。使用石英砂岩作为多孔介质。使用的流体是水(搀入NaI)，苯甲醇(BA)和癸烷(搀入碘十二烷)。将三种流体和固相绘制在按单能量设定采集的成像图中。绘制了单相、两相和三相饱和度分布图。通过直接观察多孔介质中的相分布来探测居中相，因此使用相间张力和扩展系数(扩散系数)来证明计算结果。由这个研究所获得结果表明，微计算层析成像对研究多孔介质中多相流动机制是一种有用的技术。这项研究提供孔隙尺度级流体饱和度三维图，并且应使得能够重新考虑与调整孔隙尺度级模型。这种方法提供了获得三维饱和度数据的可能性，这些数据能用于模拟系统研制和模型刻度。