考虑多孔介质渗透率变化的宾汉流体渗透注浆扩散模型

渗透注浆是一种广泛应用于岩土多孔介质加固的方法,但已有基于浆液流变方程和平衡方程的研究,侧重分析浆液本身性质如黏度时变性、滤过效应、自身重力等对渗透注浆扩散范围的影响,尚未考虑浆液在孔隙内的流动阻力对多孔介质渗透率的影响,导致现有理论解析结果与试验测试结果相差较大。因此,基于黏性流体的运动方程、连续方程和平衡方程,引入浆液在孔隙内的流动阻力对多孔介质渗透率的影响,推导获得多孔介质渗透率随介质孔隙特性、注浆施工参数和注浆扩散半径的函数解析表达式,据此建立考虑多孔介质渗透率变化的浆液扩散控制方程。与已有理论结果对比表明,考虑浆液流动阻力影响的理论结果更接近试验结果,可以验证该理论方法的有效性。参数分析结果表明:考虑浆液在孔隙内的流动阻力时,岩土多孔介质渗透率随注浆时间的增加呈现先迅速降低后缓慢上升趋势,随注浆压力的增大呈现逐渐下降趋势;对于工程中常见的符合宾汉流体性质的水泥浆液材料,当注浆时间小于5 min时,多孔介质渗透率变化是影响浆液扩散的主控因素,超过7 min后,浆液黏度时变性成为主控因素。研究成果能为岩土多孔介质渗透注浆工程实际中注浆参数选取和质量控制起到良好的理论指导意义。

有效压力对低渗透多孔介质孔隙度、渗透率的影响

以低渗透多孔介质为研究对象 ,通过实验得出孔隙度、渗透率随有效压力变化曲线。研究表明 ,流体在低渗透多孔介质中渗流时 ,流固耦合效应十分显著。这是因为低渗透多孔介质的孔隙很小 ,而孔隙度的微小变化 ,都会对渗透率产生大的影响 ,因此低渗透介质随有效应力的变化十分明显。由于流固耦合效应的存在 ,在低渗透油气藏的开发中 ,不宜采用降压开采 ,进行油藏数值模拟时 ,也应进行油藏流固耦合数值模拟。

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。

有效压力对低渗透多孔介质渗透率的影响

以低渗透多孔介质为研究对象 ,通过实验得出渗透率随有效压力变化曲线。实验结果表明 ,流体在低渗透多孔介质中渗流时 ,受有效压力的影响明显。这是因为低渗透多孔介质的孔隙很小 ,微小的孔隙度变化也会对渗透率产生较大的影响。因此在低渗透油气藏的开采中 ,不宜采用降压开采。

利用机器学习从切片的孔隙结构特征预测多孔介质渗透率

利用机器学习模型预测多孔介质的渗透率是当前孔隙尺度模型的关键研究方向之一。由于三维多孔介质数据无法直接应用于经典机器学习模型,对孔隙空间结构进行特征提取是有必要的。深度学习模型作为经典机器学习模型的进阶,在多孔介质三维数字图像预测渗透率方面取得许多成功,但模型的计算成本相当高。该研究提取多孔介质切片的孔隙结构特征,将数字图像转化为多维向量并作为机器学习模型的输入,在减少数据输入量、大幅度提高训练效率的同时,模型保持了出色的预测能力,其中长短期记忆神经网络(LSTM)的预测结果最佳。

分形多孔介质孔隙微结构参数与渗透率的分维关系

根据分形几何理论的基本概念,就无序分形多孔介质孔隙率φ和渗透率K与多孔介质结构分数维数Df的关系进行了推导,利用Sierpinski固相分形体(Solid mass fractal)与孔相分形体(Pore mass fractal)概念对分形多孔介质微结构特征、孔隙累积数量-尺寸分布和孔隙率φ等参数及其物理关系给予了详细论述,定量地分析和讨论了基于不同模型的渗透率-分形维数关系与它们的差异。

多孔介质渗透率的分形描述

针对土壤、岩石等多孔介质结构的复杂性,从其结构形成的物理机制和达西定律出发,利用分形几何理论,将土壤等作为在统计意义上具有分形特征的多孔介质来研究其水力参数与结构之间的关系,建立了饱和多孔介质渗透率与其分维数之间的定量化的函数式。试验应用扫描电镜法研究了多孔介质断面微结构并算出分维数。试验结果表明:利用该模型预测的多孔介质渗透率与实测值基本吻合,能够比较精确地预测多孔介质水力参数。

分形多孔介质渗透率与孔隙度理论关系模型

基于多孔介质微观孔隙结构的分形特征、毛管模型和Poiseuille方程建立了计算分形多孔介质宏观物性参数渗透率与孔隙度的理论模型,给出了二者之间新的理论关系式.分形多孔介质宏观物性参数及其关系式是多孔介质微观孔隙结构分维数、分形系数和微观结构参数的函数,不包含任何经验或实验常数.定量分析了多孔介质微观孔隙结构分维数、分形系数和微观结构参数对分形多孔介质宏观物性参数及其关联式的影响.理论计算结果与实验结果存在较好的一致性,表明理论模型是有效的.

多孔介质水油两相系统相对渗透率与饱和度关系试验研究

相对渗透率和饱和度定量关系是多孔介质多相流动系统中重要的动力学参数关系。使用设计的试验装置及试验方法测定了一维砂柱中油水两相动态流动系统的相对渗透率及饱和度数据,由试验结果分析表明:所测得的相对渗透率与实际情况吻合较好;细砂的强亲水性对不同先湿条件下的油、水相相对渗透率及饱和度有较大影响,并造成了不同先湿条件下流体间驱替机制的差异;相饱和度是影响相对渗透率的主要因素,孔隙空间中两种流体的分布方式和流体的饱和历史也影响各相相对渗透率。对试验结果用VGM模型(Parker-Lenhard模型)进行拟合所得结果较好;在水先湿条件下,将van公式拟合毛细压力-饱和度数据所得拟合参数用于VGM模型预测相对渗透率-饱和度曲线,所得结果与VGM模型直接拟合所得结果有差异,但两者所得结果均较好。

热应力作用下的有效压力对多孔介质渗透系数的影响

渗透系数是地下水水力学和岩土力学中的一个重要参数,渗透系数的大小与含水层骨架所承受的有效应力关系密切。含水层储能过程中回灌水的温度与背景温度不同,固体骨架温度变化产生的热应力将导致有效应力的变化。本文结合含水层储能过程的特点,通过实验和理论推导,着重研究了存在热应力作用时回灌过程中的有效应力对渗透系数的影响。研究表明,在温差较小的情况下,热应力对渗透系数影响很小。该结论对含水储能过程中的流动与传热特性研究有指导意义。

非均匀多孔介质有效热导率分析

本文采用控制容积法,界面调和平均导热系数值以及图形处理方法对典型非均匀多孔介质硬质聚氨酯泡沫材料的导热过程进行了分析与模拟计算。结果表明:多孔介质的内部结构是影响温度分布和热量传递的主要的因素,其影响程度与骨架和孔隙的导热系数,孔隙的大小和分布有关;计算得到的有效热导率值与文献中实验测量结果吻合较好。本文的研究结果可以推广到更为复杂的非均匀多孔介质的场合,从而可以进一步认识非均匀多孔介质中的导热规律,为工程计算提供更精确的计算方法。

用Latice Boltzmann方法确定多孔介质的渗透率

应用７Ｂｉｔ的正六角形格子的不可压缩ＬａｔｉｃｅＢｏｌｔｚｍａｎｎ模型，对多孔介质中的流动进行模拟，通过研究流量和压力梯度的关系，给出了ＬａｔｉｃｅＢｏｌｔｚｍａｎｎ方法模拟的Ｄａｒｃｙ定律。调节孔隙率，粘性系数等参数。

3D多孔介质渗透率的格子Boltzmann模拟

多孔介质结构的复杂性使其内部的流动非常复杂,通常不加简化就难以求解。格子Boltzmann方法以其无需简化就能处理复杂孔隙结构的优势,成为研究多孔介质流动的一种有效的数值计算方法。从现场采集的彩色铸体剖面图中提取孔隙信息重构了一种接近真实岩石的3D孔隙介质数字岩心。在此基础上,使用格子Boltzmann方法进一步得到能准确求解多孔介质中流动问题的Navier-Stokes方程,用以研究孔隙岩石的渗流特性。该方法对简单模型渗透率的模拟结果与相应的解析解或实验测量结果吻合良好,对某油田6个样品的模拟结果与实验结果的误差不大,说明格子Boltzmann方法可以用来计算实际问题的渗透率。

用连续超声与液电效应提高多孔介质渗透率的研究

在实验室条件下,考察了超声热效应在提高多孔介质渗透率中的作用,实验结果表明:随着温度升高,超声热效应的作用逐渐减弱。研究了超声波和液电效应的作用深度问题,并对超声波和液电效应的作用效果加以对比。实验中对放电电极不正对射孔位置时的情况进行了模拟。在实验的基础上作了理论分析和探讨。

基于有效介质与等效岩石元素理论的特低渗透率储层饱和度模型

清水洼陷沙三段储层属于特低渗透率储层,具有含泥质、微孔隙发育、束缚水饱和度较高、孔隙结构复杂的特征。建立该区块饱和度模型时应考虑这些因素对岩石导电性的影响。将含泥特低渗透储层等效成孔隙大小和形状及所含流体性质和含量不变的纯岩石,利用等效岩石元素理论描述孔腔和喉道比对岩石导电性的影响,利用有效介质对称导电理论描述孔隙结构对岩石导电性的影响,分别建立等效纯岩石的导电方程,并联立求解得出等效混合流体介质电导率表达式;再利用有效介质对称导电理论描述泥质附加导电对岩石导电性的影响,将求得的等效混合流体介质电导率代入该方程中,从而建立基于等效岩石元素理论和有效介质对称导电理论的含泥特低渗透储层导电模型。利用清水洼陷沙三段储层的岩电实验测量数据对该模型进行精度分析,测量岩样电导率值与计算电导率值平均相对误差很小,说明提出的模型能很好地描述特低渗透储层岩石的导电规律。利用建立的模型及确定的模型参数值处理了清水洼陷沙三段储层实际井资料,结果表明,所建立的模型适用于清水洼陷沙三段特低渗透泥质砂岩储层评价。

二维格子逾渗结构多孔介质渗透率的研究

通过对2万个不同随机结构直接求解Stokes方程,研究格子逾渗结构多孔介质中低Reynolds数流动渗透率的随机分布特性和标度律关系的结果表明,分形多孔介质渗透率与宏观上统计均匀多孔介质渗透率之间存在着本质差异.对Darcy定律适用的宏观上统计均匀多孔介质,渗透率趋于常数,与系统尺度和具体结构无关;而对分形多孔介质,渗透率依赖于系统尺度和具体结构,其统计分布呈x2分布.在逾渗的临界点附近,多孔介质中的流动渗透率和电导率具有相同的标度律关系,不同精度的计算网格之间不存在本质的差异.

各向同性多孔介质渗透率计算的LBM方法

提出一种计算多孔介质渗透率的新方法,首先利用四参数随机生成法生成所需的多孔介质。基于MATLAB这一强大工具,编制了模拟多孔介质渗透率的格子玻尔兹曼(LBM)程序,计算出渗透率。提出一个新的参数-T(多孔介质单位面积的周长),将计算结果与著名的Kozeny-Carman关系式对比,表明本方法得到的渗透率与Kozeny-Carman关系式所得到的渗透率基本吻合。

非均匀多孔介质渗透率粗化的有限分析算法

基于有限分析算法,提出了一种求解非均匀多孔介质"粗化"渗透率的数值方法,该方法适用于由线性Darcy定律描述的渗流场。新算法沿用了Durlofsky提出的双周期边界条件,可以计算出完整的渗透率张量,具有很高的计算效率。经过多个数值算例的检验,新算法在粗网格条件下,即仅将每个原始网格细分至2×2或3×3的计算网格,就可以获得相当高的精度。相对传统算法而言,当相邻网格渗透率差异较大时,不需将网格划分得足够密,即可获得相对准确的计算值,大大减少了计算时间。

基于格子Boltzmann方法预测多孔介质的渗透率

多孔介质内的流动涉及许多工程应用.文章采用不可压缩的格子Boltzmann模型对多孔介质中的流场进行数值模拟,从微细尺度上得到多孔介质的结构特性及分布情况;同时,获得了多孔介质的渗透率与孔隙率近似成指数的变化关系.根据达西定律和格子Boltzmann方法进行数值模拟,成功获得多孔介质的渗透率,为有效研究孔隙尺度下的渗流问题提供了方法,同时为多孔介质的工程应用及理论研究提供了依据.

变饱和裂隙多孔介质的双渗透率数值模型与参数分析

针对裂隙多孔介质中的变饱和流动与运移,分析了双渗透率数值模型的参数构成与计算特征。双渗透率模型由分别代表裂隙等效连续介质和孔隙介质的两组并列体积单元集合构成,用平均裂隙宽度和平均裂隙间距表达裂隙等效连续介质的参数,用裂隙单元与孔隙单元之间的有效作用面积、有效作用距离和有效渗透系数描述裂隙-孔隙相对流动和运移。裂隙-孔隙相互作用参数取决于概念模型,并与流体动态相关。计算分析表明,裂隙单元与孔隙单元之间的毛细力梯度与重力的共同作用决定裂隙流动、孔隙流动和裂隙-孔隙相对流动的相对大小,流体和溶质的动态受到裂隙宽度变化的显著影响。