多孔介质各向异性动态渗透率模型

基于迂曲毛细管网络模型,推导建立了各向异性渗透率与岩石正应变间的关系式,即各向异性动态渗透率模型(ADPM),采用孔隙尺度流动模拟对模型进行了验证,并对单轴应变过程进行了计算,分析了变形过程中影响不同方向渗透率变化的主要因素。研究表明:层状油气藏开采的单轴应变过程中,有效面孔率对各方向的渗透率影响规律一致,随着有效面孔率的减小,渗透率对应变的敏感程度增大;垂直于压缩方向的渗透率对应变的敏感程度随迂曲度的增加而减小,沿压缩方向的渗透率对应变的敏感程度随迂曲度的增加而增大。初始各方向迂曲度相同的层状油气藏,在压力下降的过程中,迂曲度对各方向渗透率变化幅度的相对关系起决定性作用,迂曲度小于1.6时,岩石水平方向渗透率的降幅要高于垂向渗透率,迂曲度大于1.6时则相反,传统动态渗透率模型无法表征这一现象。经孔隙尺度模拟实验数据的验证,新模型拟合精度高,可以有效表征不同方向变形对各方向渗透率的影响。

初始应力各向异性结构性土的二元介质模型

天然岩土材料具有结构性和各向异性。在岩土破损力学的理论框架下,建立了初始应力各向异性结构性土的二元介质模型。岩土破损力学把结构性岩土材料抽象成由胶结强的胶结块(胶结元)和无胶结的软弱带(摩擦元)组成的二元结构体,变形过程中胶结块逐步破损并向软弱带转化。假定胶结块为横观各向同性的理想弹脆性体,胶结块破损后转化成的软弱带为可用邓肯-张模型描述的非线性弹性体。通过引入考虑各向异性影响的破损率和局部应变系数,建立了初始应力各向异性结构性土的二元介质本构模型,并给出了模型参数的确定方法。最后给出了模型的表现,且通过人工制备初始应力各向异性结构性土的三轴压缩试验结果验证了模型的适用性。计算结果表明,所提出的本构模型可以较好地模拟初始应力各向异性结构性土的应力-应变和体积变形特性。

岩体裂隙介质各向异性耦合模型研究

将裂隙岩体看作是由主干裂隙和网络状裂隙共同构成的,分别用随机离散裂隙网络模型和等效连续介质模型描述裂隙中的水流运动,利用裂隙壁与岩块之间的水位连续和流量均衡将两模型耦合起来,建立各向异性离散-连续耦合模型,并给出了求解方法.与其他耦合模型不同的是,各向异性离散-连续耦合模型采用了Monte-Carlo方法随机生成裂隙网络系统,具有随机性.通过算例比较了等效连续介质模型和离散-连续耦合模型对裂隙岩体渗流场影响模拟的差异.结果表明,裂隙间距和隙宽越大,2种模型模拟的差异越大.

各向异性多相复合介质导电性的有效介质理论

应用有效介质理论(EMT)处理了各向异性多相复合介质的导电性。用含有各向异性因子m的分布函数(14),估计悬浮颗粒取向分布的无序性,从而导出了可计算含轴旋转对称椭球形颗粒的无序非均匀系统的纵向和横向电导率的公式。应用所得结果,分别讨论了两相浓度、电导率比、各向异性因子和悬浮颗粒几何形状(圆球形、长纤维状和扁圆盘状)等微结构因素对有效电导率的影响。文中还着重讨论了当S^2→∞时系统中可能出现的渗流现象,给出了各种形状颗粒复合材料的渗流阈值,并作了讨论。

各向异性介质岩石物理模型方法研究

岩石物理模型在测井、地震与储层之间的关系十分密切。由于不同区域的地质条件都有各向异性等复杂的情况存在,所以建立关于各向异性介质物理模型有着非常重要的实际意义。本文介绍了三种典型的岩石物理模型,分别是基于Hornby模型的各向异性介质模型、基于Brown-Korringa的各向异性介质模型和基于双重孔隙理论的各向异性介质模型,分别从岩石、泥质与砂岩的角度进行了阐述。

有限元法计算各向异性介质球头模型电位分布

在脑电正问题研究中,脑神经元所产生的电活动可用电流偶极子来模拟。本文提出把大脑看作各向异性介质球,即同时考虑电容效应、电导效应对脑内电流偶板子产生的电位的影响,并用有限元法推导出偶极子在各向异性介质球模型中的电位分布计算公式。结果表明介质的电容效应对电位分布是有影响的,反映了大脑活组织电特性,对外来不同频率的信号刺激有不同的响应。同时有限元法对大脑内某一区域内电位分布求解表明,测量较深层组织的电特性变化敏感的特点,可获得更多的测量信息。

弹性介质中的一种各向异性损伤模型

各向同性损伤理论是建立在材料是均匀的、各向同性的以及损伤也是各向同性的假设基础之上.对于初始各向异性材料,损伤演化也呈明显的各向异性.一般地可用一八阶的损伤张量来描述这种材料的损伤,利用应变等效原理可将损伤张量减少到四阶.这个四阶损伤张量中独立元素的个数和材料及损伤的对称性有关,对各向同性损伤,损伤材料独立的材料参数只有两个,它们可用无损伤时材料的Lam e系数和损伤参数来表示.

双重各向异性介质的发现及其渗透率模型的建立

随着油气田开发实践的不断进行,人们对油气藏的认识程度也不断深人.精细而精确的油气藏描述是做好油气田开发工作的基础,油气田开发实践又反过来促进油气藏描述工作向前发展.近些年来,一些新的方法和手段不断涌现,使得油气藏描述工作做得又快又好,在此基础上的油气田开发工作也更加科学化.本文主要介绍在油气藏描述和油气田开发过程中十分有用的一种新的介质模型——双重各向异性介质的发现及其渗透率数学模型的建立.

基于各向异性多孔介质模型的刷式密封无间隙泵喷推进器性能分析

间隙流动对泵喷推进器的水动力性能及流激振动特性具有重要影响。针对刷式密封无间隙泵喷推进器的设计和性能开展研究,采用各向异性多孔介质模型表征刷式密封,建立了刷丝束双向流固耦合模型与含多孔介质的泵喷推进器敞水计算流体力学模型。根据流固耦合仿真试验确定多孔介质模型控制方程动力源项中的阻力系数,利用正交试验优化了刷式密封的结构参数,计算了优化后的刷式密封无间隙泵喷推进器的水动力性能。通过与空泡水筒试验结果对比分析可知,相比于理想无间隙泵喷计算模型,采用多孔介质可以将扭矩计算精度提高4%。基于验证的多孔介质数值模型,开展非定常计算,获得刷式密封无间隙泵喷推进器的激励力特性,结果表明,刷式密封无间隙泵喷推进器的轴向推力脉动频谱与扭矩频谱在叶频及倍叶频处下降一个数量级。

基于有效介质理论的碳化硅复合包壳管热导率计算模型

核燃料包壳热导率是核燃料元件传热性能研究和核安全设计的重要参数,SiC复合包壳的双层结构和其内层的SiC/SiC复合材料特性增加了预测包壳导热性能的复杂性。为预测双层SiC复合包壳及内层复合材料热导率,基于Markworth有效介质理论,考虑孔隙率、温度、中子辐照等因素对SiC/SiC复合材料热导率的影响,在Markworth有效介质理论模型的基础上进行修正,计算了第二代、第三代SiC纤维增强的不同类型SiC/SiC复合材料热导率,并建立了双层SiC复合包壳热导率计算模型,初步预测了核电厂稳态运行期间双层SiC复合包壳的热导率。计算结果表明,核电厂稳态运行4个月后,辐照肿胀变形达到饱和,含第二代纤维的包壳热导率为3.9 W/(m·K),含第三代纤维的包壳热导率为4.8 W/(m·K)。

双轴各向异性介质特征参数的测试模型

介质参数测试的关键理论步骤是求解相应的电磁逆问题。本文利用等效传输线法导出了已知双轴各向异性电磁材料复介电常数张量 ε 和复磁导率张量 μ ,计算出反射系数和透射系数 (正问题 )的理论公式后 ,提出了一种新的求解逆问题的理论方法。由介质对正入射 TE、TM波的反射系数与透射系数 ,可用公式直接反演得到ε 和μ 的复分量εx、μy 和εy、μx,然后利用介质对斜入射 TE、TM波的透射系数由大为简化的反演算法迭代求解它们的 z分量 εz 和 μz。计算机模拟实验给出了比较理想的结果。

EDA介质的P波方位各向异性──物理模型研究

EDA介质的方位各向异性引起了人们的广泛关注。横波分裂对方位各向异性很敏感，但由于横波勘探施工困难、勘探成本高，因而未能得到广泛使用。本文利用（由定向排列的有机玻璃片模拟制作的）EDA物理模型来模拟研究EDA介质的纵波方位各向异性特征。研究结果表明，EDA介质的纵波方位各向异性特征明显，反射波旅行时、振幅以及方位角AVO都有明显的差异。在定偏移距旋转方式和共中心点道集观测记录上都有较强的反映。非熔结裂缝的各向异性程度与对裂缝体所施加压力的大小有关，压力增大，则裂缝减小，同时各向异性程度也减小。

基于双孔模型的含流体各向异性介质地震波场数值模拟

裂缝的存在是诱导地下介质产生各向异性的主要原因,而裂缝中的流体则能够对地震波产生十分明显的能量衰减。本文基于双重孔隙介质理论,对含流体各向异性介质的地震响应特征进行了数值模拟,发现双孔介质的各向异性与介质的渗透率、裂缝密度、有效压力和频率均有重要联系。基于衰减各向异性理论,推导了含流体各向异性介质二维三分量应力-应变关系,结合旋转交错网格有限差分法,通过数值模拟给出了双孔介质中地震波的传播规律,结果表明裂缝密度的增大能够显著地增强介质的各向异性,使得q P波和快慢q S波垂直或平行于裂缝面的波前面均更接近椭圆,且流体的存在能够对q P和q S波相速度造成较为显著的衰减。

含泥质低孔渗各向异性黏弹性介质中的波频散和衰减研究

本文定义了各向异性黏弹性参数修正因子,并将其引入到黏弹性模型中以体现泥质含量对黏弹性机制的影响,同时将波传播过程中孔隙介质骨架黏弹性力学机制与两种孔隙流体流动力学机制(Biot流动和喷射流动机制)有机地统一起来处理,从而给出了描述含泥质低孔渗孔隙各向异性介质中波传播规律的黏弹性Biot/squirt(BISQ)模型.数值计算结果表明,入射波的方位角、各向异性渗透率以及泥质含量等对含流体复杂孔隙介质中波频散和衰减的影响具有显著的方位各向异性特征,在低频范围内(地震波勘探频率)黏弹性力学机制对波传播能量的衰减起主导作用.

层状单轴各向异性介质中长导线源电磁响应的快速计算

在场源附近,长导线源不能视作电偶极子源。长导线源电磁响应的常用计算方法是对场源进行离散,再对离散电偶极子电磁场进行叠加,这种方法计算简单,但计算效率较低。针对这一问题,提出了有限单元形函数积分算法。该算法从电偶极子场的解析表达式出发,将长导线源进行剖分,通过在每个剖分单元上构造形函数来求解积分表达式。通过模型算例对传统电偶极子叠加算法和形函数积分算法的计算精度及计算效率进行了测试。从测试结果可以看出,无论在场源中远区还是近区,形函数积分算法只需要将长导线源剖分成两个单元就能达到很高精度,而电偶极子叠加算法需要将长导线源离散成大量的电偶极子才能达到相同数值精度,相同数值精度条件下形函数积分算法具有更高的计算效率,且离场源越近计算效率优势越明显。

低阻油层通用有效介质对称电阻率模型的应用

基于并联导电和有效介质对称各向异性导电理论,建立低阻油层通用有效介质对称电阻率模型,研究模型确定含水饱和度的求解方法及参数确定方法,评价模型的实用效果,表明模型导出的关于可动水孔隙度函数在0～(有效孔隙度)区间内存在一个局部极小值,且该极小值点对应的孔隙度随骨架渗滤指数、微孔隙渗滤指数、骨架渗滤速率、微孔隙渗滤速率及其他参数的变化而变化,为保证迭代收敛,采用牛顿和二分结合的混合迭代算法,试算结果表明其收敛性.利用有该模型,对大庆XX油田的B井进行处理,并将模型计算的含水饱和度与试油结果进行对比,结果表明模型计算的含水饱和度是合理的,说明该模型适用于低阻油层解释.

弹塑性条件下岩土孔隙介质有效应力系数理论模型

分析了有效应力系数的物理机理及其主要影响因素,在此基础上,提出了等效孔隙连通率的概念,以此表征岩土类孔隙介质的结构和孔隙之间的连通性,建立了有效应力系数张量演化的普适性理论模型。基于大理岩峰后和砂岩不同塑性变形阶段的有效应力测试试验,分析了塑性条件下影响有效应力系数的主要因素,结果表明塑性条件下,影响有效应力系数的主要因素为等效孔隙连通率。利用试验数据,通过拟合得到了大理岩和砂岩的等效孔隙连通率随应变的演化规律,从而得到了有效应力系数与变形的关系。研究成果为弹塑性条件下的流固耦合研究提供了基础性的理论和方法支持。

有效介质电阻率模型在含泥含钙砂岩储层中的应用

含泥含钙储层泥质和钙质成份对电阻率贡献具有复杂性,其饱和度的定量评价更加困难。通过考察储层品质指数与孔隙度的关系,确定双对数关系曲线下的斜率值,为混合泥质砂岩饱和度模型的选取提供了依据。钙质颗粒作为砂岩储层电阻率的重要影响因素,其成份的增加不仅会引起孔隙度的降低,而且引起孔隙通道曲折度的增大,从而导致地层电阻率值升高。在上述理论分析基础上,提出含泥含钙砂岩储层体积模型,并以有效介质理论为基础,建立了混合泥质含钙砂岩储层有效介质饱和度模型。该模型基于层状泥质与分散泥质砂岩并联导电以及分散泥质砂岩的有效介质SATORI电阻率模型,其中将分散泥质砂岩分成导电的砂岩骨架颗粒、不导电的油气、分散粘土颗粒、钙质颗粒、微毛管孔隙水以及可动水等6种成份,充分考虑了钙质成份的导电特性、微孔隙水的影响作用以及粘土的附加导电性等因素。经岩电实验数据拟合与实际资料处理结果表明,模型具有较强的适应性和计算精度。

混合泥质砂岩有效介质通用HB电阻率模型研究

宋延杰 ,吕桂友 ,王春燕 ,李鹏举 .混合泥质砂岩有效介质通用 HB电阻率模型研究 .石油地球物理勘探 ,2 0 0 3,38(3) :2 75～ 2 80本文基于 Berg提出的层状泥质或分散泥质砂岩有效介质 HB电阻率模型 ,考虑总孔隙中黏土结合水的体积 ,不考虑黏土结合水与地层水导电性的差别 ,将该差别归结到黏土颗粒导电中 ,建立了混合泥质砂岩有效介质通用 HB电阻率模型。通过对该模型的影响因素分析发现 ,泥质分布形式对模型计算的含水饱和度有很大影响 ;砂岩颗粒或黏土颗粒的电阻率越小 ,颗粒电阻率对 Ct(泥质砂岩地层电导率 )与 Swt(总含水饱和度 )关系影响越大 ;m(胶结指数 ) (m=n)对 Ct与 Swt关系曲线的影响随 Swt的增大而增大。通过一组骨架导电的人造岩样试验表明 ,该模型可以用于不含黏土的骨架导电的岩石 ,但地层水电阻率应小于颗粒电阻率。通过一组分散泥质砂岩岩样实验测量数据的计算表明 ,模型中引入参数 n(m≠ n)可以使拟合的 Ct的相对误差减小 ,但在考虑黏土结合水与地层水导电性差别时 ,模型中虽多加一个参数 ,却没有减小拟合的 Ct的相对误差。通过一组层状泥质砂岩测井资料解释表明 ,该模型适用于层状泥质砂岩地层解释 ;通过考察实际应用中 Rdc、Vdc对该模型计算含水饱和度的影响 ,说明在实际应用中 Rdc?

基于元胞自动机各向异性扩散模型的图像分割算法

介绍了一种基于元胞自动机各向异性扩散模型的图像分割算法。在扩散模型基础上,引入跨膜介质,构建各向异性扩散模型;然后模拟热扩散方程的活动轮廓模,建立热量场,通过LBADM模型对图像进行分割获得目标分割边缘。实验结果表明,该算法模型能够取得闭合的分割曲线,同样能够很好的处理图像拓扑结构的变化。通过与水平集方法和窄带水平集方法进行计算速度实验对比,表明该算法能够大大减少了分割的计算量。