各向异性地层中随钻地层测试压力响应数值模拟

在随钻地层测试器测试过程中,钻井液动态侵入和地层各向异性会导致不同的压力响应特征,并直接影响地层压力测试结果的解释精度。为此,基于各向异性多孔介质渗流理论,建立了钻井液侵入条件下横观各向同性地层随钻地层测试压力响应数学模型,采用有限元方法对模型进行求解,通过与经典解析解对比进行了模型验证,并分析了渗透率各向异性、地层产状、抽吸间歇时间、抽吸探头半径对随钻地层测试压力响应的影响规律。结果表明:在抽吸前阶段,地层各向异性和地层产状对钻井液侵入导致的井周增压影响较大;在压力恢复阶段,由于井周地层增压作用的影响,测试压力响应初始值会高于原始地层压力,且压力呈先升高后降低的演化趋势;渗透率各向异性程度越小、地层倾角和倾向越小,抽吸压降阶段的压力响应初始值越大、压降值越大、压力恢复速率越低;抽吸间隔时间和抽吸探头半径对压力响应也有一定影响,抽吸间隔时间越小,测试初始压力越大,探头半径越大,压力恢复速率越快。揭示了渗透率各向异性对随钻地层测试压力响应的影响规律,研究结果可为随钻地层测试结果解释和地层参数反演提供理论依据。

考虑各向异性的回转曲面件蠕变时效成形数值模拟与实验

针对铝锂合金回转曲面件蠕变时效成形各向异性问题,开展了基于Barlat91屈服各向异性准则和蠕变各向异性本构模型的回转曲面件蠕变时效成形数值模拟与实验研究。仿真结果表明,构件加载阶段发生塑性变形,呈现出■的塑变各向异性现象;考虑蠕变各向异性行为的构件的蠕变应变分布发生明显改变。进一步通过开展回转曲面件蠕变时效成形实验发现,所建立的蠕变各向异性模型对厚度变化、残余应力分布预测准确;相对于各向同性模型,型面精度的整体预测偏差减小9.3%,焊接边预测偏差减小91.5%,证明了所建铝锂合金蠕变时效各向异性本构模型的准确性和实际应用价值。

三维TI和OA介质中优化黏滞纯声波方程及其数值模拟

各向异性和黏滞性在地球介质中广泛存在,会对地震波的运动学和动力学特征产生影响,因此研究地震波在地下空间中传播时应该对其予以充分考虑.现有的各向异性波场外推方法主要采用基于声学近似的伪声波方程,该类方程在非声学假设条件下容易出现伪横波污染及传播不稳定.针对此问题,本文应用优化方案对原始的耦合各向异性纯声波频散关系式进行近似展开,进而发展了针对三维TI(横向各向同性)介质和OA(正交各向异性)介质的优化纯声波方程,结合有限差分和泊松算法对其进行了有效求解.同时,考虑到介质对地震波的吸收衰减效应,本文结合发展的纯声波方程和标准线性体模型,推导了黏滞各向异性优化纯声波方程.相速度分析表明优化方案能够产生高精度近似结果.数值模型算例证明优化黏滞纯声波方程在产生精确稳定P波响应的前提下,能够有效模拟各向异性介质中纯声波的振幅衰减和相位频散.整体而言,本文推导的方程能够为各向异性衰减介质成像和反演提供有效帮助.

各向异性本构关系在板料成形数值模拟中的应用

对几种能表达面内各向异性的屈服准则Hill、Barlat-Lian、Barlat进行了比较。在弹性变形服从各向同性广义虎克定律的情况下,给出了基于张量算法推导的弹塑性本构关系的一般表达式,并由此导出了相应屈服准则的弹塑性本构关系的显式表达。借助ABAQUS软件本构模块用户子程序接口,分别实现了这些屈服准则在ABAQUS的嵌入。以模拟方形盒的拉延过程为例,分析了不同的屈服准则在板料成形过程数值模拟中的应用。模拟结果表明,基于弹塑性本构关系一般表达所列出的相应屈服准则的显式表达式是正确的;在采用壳元来模拟板料成形时,采用Barlat准则的模拟结果和采用Barlat-Lian准则的结果差别不大。

各向异性倾斜地层双侧向测井响应数值模拟

利用三维有限元法,模拟了电性各向异性倾斜沉积岩层的双侧向测井响应。模拟结果表明:双侧向测井响应不仅受到地层倾角的影响,而且还受到地层电性各向异性的影响。在水平地层条件下,双侧向测井响应主要受到层理方向上地层电阻率的影响;在倾斜地层条件下,垂向上的地层电阻率对测井响应的影响增大。电性各向异性倾斜地层不仅造成电阻率曲线形态的变化,而且深、浅电阻率幅度差异更为复杂,给利用深、浅电阻率幅度差异定性识别油气层造成困难。

汽车铝合金覆盖件成形数值模拟的各向异性屈服准则研究

铝合金作为一种典型的汽车轻量化材料,被越来越多的运用到汽车车身覆盖件中。但由于铝合金具有明显的各向异性特征,为了准确模拟铝合金板的成形过程,选择合适的屈服准则是关键。文章以汽车铝合金油箱的拉深成形为例,采用3种典型的各向异性屈服准则Hill48、Barlat89和YLD2000-2d对成形过程进行有限元模拟,结合实验验证,分析了不同屈服准则对有限元模拟结果精度的影响。结果表明,Hill48屈服准则的模拟结果与实验结果存在较大的差异,故不适用于铝合金板料成形的有限元模拟;Barlat89屈服准则的模拟结果与实验结果接近,但存在一定的偏差;YLD2000-2d屈服准则的模拟结果与实验结果吻合最好,数值模拟的精度最高。

各向异性饱和土体的渗流耦合分析和数值模拟

将饱和土体视为均质、连续的各向异性弹塑性多孔介质,根据虚位移原理推导出饱和土体内各向异性渗流直接耦合的有限元法计算公式。针对直接耦合法所生成的病态方程采用MATLAB语言编写出平面条件下的计算程序,对各向异性弹性多孔介质中Mandel效应进行数值模拟分析。计算结果验证了本文直接耦合有限元法的正确性和适用性。

岩石与水相互作用的正交各向异性损伤数值模拟

提出一种正交损伤模型,该模型能分别描述岩石材料的弹性变形、损伤变形和其他不可逆变形能。在该模型中,以二阶损伤张量来描述损伤的发展,损伤演化相关于裂纹扩展标准。以Gibbs自由能获取损伤材料的有效刚度矩阵。以能量原理合理地推导损伤参数的限制范围,提出借助于三轴试验决定模型参数的方法。对不同加载路径的饱和砂岩试验结果进行模拟,该模型的数值结果和试验结果吻合较好。随后,推广该模型到不同加载路径下得到岩石与水相互作用的力学特性,数值结果也显示:推广的模型是可以描述岩石与水相互作用的主要水力学特性的。

水平井各向异性地层双侧向测井响应数值模拟

利用三维有限元法对水平井中各向异性地层的双侧向测井响应进行了数值模拟,分别分析了地层各向异性系数、围岩层厚、泥浆侵入对各向异性地层双侧向测井响应的影响。结果表明:水平井中各向异性地层双侧向测井响应主要受到岩层垂向电阻率影响;目的层高阻时各向异性地层受围岩层厚影响大,目的层低阻时各向同性地层受围岩层厚影响大;与各向同性地层相比,泥浆侵入对各向异性地层双侧向测井响应影响更加明显和复杂。

含煤地层各向异性介质有限差分数值模拟

煤储层是一种双重孔隙介质,其孔隙由基质孔隙和裂隙组成,并具有自身独特的割理系统。传统的煤田地震勘探将煤层假设为单一的各向同性介质,没有考虑其中裂隙对煤层的影响。利用交错网格高阶有限差分算法,分别对不同厚度VTI和HTI型煤层的弹性波传播特征进行数值模拟,获得波场快照和含煤层状介质的地震模拟记录。从波场快照中可以看出,弹性波在VTI和HTI型煤层中传播存在明显差异;煤层厚度变化对波场的敏感性要强于煤层类型的变化。

各向异性油藏渗流的有限元数值模拟

为使模拟计算更加接近实际情况,将油水井作为油藏的内边界处理,建立各向异性油藏单相流体渗流问题的有限元方程。在此基础上利用八节点四边形等参元,结合伽辽金有限元方法对渗流方程在空间域上离散,采用全隐式时步格式在时间域上离散。对单相流体的平面单向流、各向异性油藏平面径向流的有限元解和解析解进行对比,得到了地层中不同位置处的压力变化和产量变化规律。研究结果表明,有限元模拟的结果与解析解相比很接近,这充分说明所建立的模型和计算程序是正确的。该研究成果可用来指导油井的实际生产,对预测油井的产能变化具有重要意义。

各向异性弹性波场的有限元数值模拟

研究了各向异性弹性波有限元正演系统的精度和效率问题 ,提出了一种透射加衰减的组合人工边界方案 (吸收边界条件 ) ,它对各向异性波具有较好的吸收效果 ,并且有较好的稳定性能 .均匀TI介质中的模拟获得了非常清晰的波场快照 ,其波场特征与理论分析能够准确吻合 .各向异性介质模型的地表地震记录表明 ,各向异性波炮集记录在波的类型、同相轴形态、能量分布和相位等方面与各向同性波都有很大差别 .

地层测试器在渗透率各向异性地层中响应的数值模拟

用三维有限元方法模拟油水两相情况下的渗透率各向异性地层地层测试器的响应规律,并对地层测试响应进行物理试验测试,以验证模拟结果的可靠性。结果表明:模拟结果与实验结果吻合较好;地层流体的流动形态随着流动时间的增加而变化,渗透率各向异性比越大,单探针压降和多探针的时间延迟越大。

利用随钻正交偶极子声波测井评价地层各向异性的数值研究

在随钻测井条件下,由于钻铤占据了井孔内的大部分空间,充液井孔中沿着井轴方向传播的模式波的特性与电缆测井非常不同.本文建立了随钻正交偶极子测井声学模型,采用三维有限差分方法模拟了偶极子声源在随钻条件下各向异性地层井孔内激发的声场,研究了地层的声学各向异性在随钻正交偶极子声波测井中的响应特征.数值模拟结果表明,在随钻测井条件下,对于井轴同TI地层对称轴垂直的情况,弯曲波分裂现象仍然存在,通过正交偶极子测量方式和合适的反演算法能够准确有效地确定地层的快横波方位角,可以考虑采用同正演理论相结合的反演算法来获得地层的快、慢横波速度及声学各向异性信息;对于井轴同介质对称轴呈一定夹角的TI地层井孔,情况变得非常复杂,不同井斜倾角下弯曲波的速度的变化趋势并非同对应的地层横波速度的变化趋势完全一致,不过在一定的频段内,地层横波速度仍然是弯曲波的最主要控制因素.对于本文研究的模型,当井轴同介质对称轴的夹角大于大于60°时,此时获得的弯曲波的各向异性值基本能够反映对应角度下地层横波速度的各向异性信息.

小麦机械通风各向异性阻力的数值模拟研究

机械通风是实现安全储粮、保证粮食品质的主要措施。以小麦为研究对象,采用计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)的方法对大型平房仓小麦的横向通风、压入和吸出式竖向通风阻力进行了数值模拟,通过对不同通风方式下粮堆的阻力的分析发现,粮层阻力与风量成正比,风量越大,粮层阻力越大;通风方式不同,单位粮层阻力也不相同,小麦下行通风的单位粮层阻力最大,上行通风次之,横向通风最小。通过对小麦粮种各向异性阻力的分析,为以后不同粮种机械通风系统的分析奠定基础。

方位各向异性粘弹性介质波场数值模拟

当地震信号通过复杂地球介质时,地层除了表现为各向异性,还表现为内在的粘弹性特征.因此,为准确描述地震波在地球介质中的传播特征,理想的地球介质模型应该能够模拟岩石的各向异性特征和衰减特征.本文给出了各向异性粘弹性介质模型的波动方程及其差分格式,并利用有限差分法实现了地震波波场数值模拟.结果表明了该介质模型中地震波场特征与各向异性主轴方位和介质的粘滞性参数之间的关系.

水平井各向异性地层双感应测井响应数值模拟

地层电阻率是影响油气评价的重要参数,水平井中常利用感应测井确定地层电阻率,由于水平井与直井测量环境有较大差异,响应方式势必与直井不同。基于三维数值模式匹配法模拟了水平井各向异性地层双感应的测井响应,分析了地层各向异性系数、围岩层厚、地层界面距离、泥浆侵入、不同地层对比度以及围岩和各向异性对各双感应测井响应的影响。模拟结果表明:目的层高阻时,水平井中双感应受围岩影响较大,低阻时受围岩影响较小;当目的层较薄时,围岩影响要大于各向异性影响;水平井中双感应幅度差主要受围岩影响,各向异性较小时,其幅度差可忽略。

各向异性渗透率油藏数值模拟

建立三维三相各向异性油藏渗流数值模拟模型并应用于油藏开发.模型包含完全各向异性渗透率张量,采用十九点有限差分格式和全隐式迭代方法求解.可以描述不同区域不同主方向的各向异性渗透率分布,准确计算各向异性油藏内流体运动过程、剩余油分布和压力分布.

2.5维各向异性介质中地震波场数值模拟

这里实现了在2.5维各向异性介质中地震波传播的数值模拟。首先从2.5维一阶速度-应力弹性各向异性波动方程出发,得出了该方程的拟谱法数值解法;然后通过对Marmousi速度模型进行数值模拟,表明了拟谱法的有效性;最后计算并分析了均匀和混合各向异性介质中波的传播快照和理论模拟的地震记录,进一步认识了波在各向异性介质中的传播规律。

各向异性介质中弹性波的数值模拟

提出了一种非均匀各向异性介质中弹性波传播的数值模拟算法 .该方法可以灵活地运用于具有任意地表形状、内部孔洞、固液边界和不规则内部交界面的介质情况 ,另外 ,该方法自然满足复杂几何边界的自由表面条件 .这种基于三角形和四边形离散网格的算法使用的是围绕每个节点的积分平衡方程 ,而不是其它有限差分法中使用的各个节点满足的弹性动力学的微分方程 .该文工作是非均匀各向同性介质中弹性波传播格子法研究的继续 .除了研究各向异性介质中波的传播以外 。