当前渗流力学理论遇到的挑战与对策思考

本文详细阐述了渗流力学经典理论——达西定律的发展历程及其适用条件,并从Navier-Stokes(N-S)方程推导出了达西定律在多孔介质中的毛细管渗流和裂缝渗流中的数学表达式。文章指出了当前达西定律应用中存在的8大问题,并综合分析了渗流力学理论在油气田开发中的主要挑战。针对这些挑战,本文提出了一系列对策和思考。文章强调指出:构建多尺度、多物理场耦合模型并借助AI科学计算是揭示油气储层复杂真实流动机制,填补目前理论空白的必由之路。建议指出:进一步发展核磁共振、电镜扫描及智能数据与图像处理等高精度实验技术,以直观展现流体在储层中的流动行为和过程。最后,建议综合运用实验研究、新理论模型建立和AI科学研究方法(AI for Science),突破油气渗流力学理论中目前遇到的挑战。研究成果可为我国高校、科研机构和研究者开展石油科学理论研究和课题立项提供重要参考,同时可为我国油气资源可持续进行科学和技术战略规划提供强有力的技术支撑。

油气层渗流力学课程启发式教学方法探究

油气层渗流力学课程是石油工程专业的核心专业基础课程。然而,该课程具有理论性强、逻辑严密、公式多且复杂的特点,学生学习难度大,教学效果不佳。因此,文章从油气层渗流理论的意识培养、强化理解和深化领悟三个方面探讨该课程启发式教学改进问题,通过引入生活案例、营造课堂教学情境、渗透前沿成果来丰富课程的教学内容和教学手段,不断激发学生的学习热情,培养学生主动思考的意识,提高课程教学效果。

教育数字化背景下《渗流力学》5E理论教学模式改革与实践

随着现代数字化信息技术的不断发展,传统教育的局限性愈发明显,对于教育数字化的探索成为大势所趋。文章基于教育数字化的《渗流力学》5E理论教学模式改革与实践展开论述,明确5E教学模式所需的数字化学习资源,探讨5E教学模式的各环节衔接方法和教学效果多元化评价方式,揭示5E教学模式教学效果的反馈机制,构建基于5E理论的渗流力学教学模式和理论体系。从而实现丰富《渗流力学》数字化学习资源、建立师生间的高效沟通机制、提升学生工程应用能力的目标。

新工科背景下渗流力学课程思政建设路径探究

新工科背景下,石油工程专业课程思政元素的挖掘与运用是非常重要的一环。渗流力学是石油工程专业本科生的核心基础课程之一,蕴含深厚的工程伦理价值和石油精神内涵,在思政教育和专业知识有机融合方面具备天然优势,教师应当以立德树人为目标引领,进行教学实践改革,实现育知与育人目标的同向同行和协同效应。文章分析了渗流力学课程思政的可行性,以具体的教学案例探讨新工科背景下渗流力学课程思政的内容设计和实施路径,对其他专业课程思政建设具有一定的借鉴意义。

高校石油类专业课程中的思政元素挖掘——以“渗流力学”课程为例

高校专业课程中的诸多知识点与思想政治教育之间具有十分密切的关系。文章以石油类专业课程“渗流力学”为例,结合油气渗流基本原理、基本规律的相关知识点,对学生个人成长、国家和社会发展方面的思政元素进行了挖掘。通过类比法分析了“渗流力学”课程知识点与思政元素之间的相似之处,针对它们之间存在的类似问题,提出了思想政治教育方面的一些建议和想法,对于激发学生学习兴趣、培养思想政治素质良好的石油工程专业复合型人才具有十分重要的意义。

油气渗流力学多尺度研究方法进展

油气渗流力学是油气田开发的理论基础,以连续介质假设和达西方程为基础的单一尺度传统渗流力学及研究方法在油气资源开采中发挥了重要作用。随着缝洞型碳酸盐岩和非常规等油气藏不断勘探开发,储层空隙中的孔隙、裂缝和溶洞,尺度差异达到10个数量级之大,多尺度特征对油气流动的影响越来越大。通常从孔隙尺度、介观尺度和宏观尺度来研究不同尺度上的渗流问题,每个尺度有独特的研究方法,揭示了每个尺度上的特有渗流机理和规律,如何将不同尺度上的渗流机理和规律关联起来,在宏观尺度上形成一套系统的渗流理论,对油气田开发来讲非常重要。因此,尺度升级理论和多尺度方法就变得非常重要,就好比把不同尺度上的一颗颗珍珠串起来,形成完美的一条项链。因此,本文针对油气渗流力学中面临的多尺度现象和科学问题,从孔隙尺度流动、非常规油气宏观渗流、大尺度缝洞碳酸盐岩油气流动和多尺度研究方法等方面系统阐述了尺度升级理论和多尺度方法的研究现状及发展趋势。

线上线下混合式一流本科课程《渗流力学》的建设与实践

2019年,教育部发布《关于一流本科课程建设的实施意见》,提出“双万计划”。《渗流力学》课程作为第一批入选国家级一流本科课程,课程建设过程中以线上线下混合式教学模式为形式,以提升课程的高阶性、突出课程的创新性、增加课程的挑战性为目的,优化课程教学内容,构建线上教学资源平台,培养教学团队创新能力,改革教学模式,提升教学质量。通过线上线下混合式一流课程的建设与实践,培养学生的创新能力与设计思维,使学生能够适应新时代下石油行业对人才知识结构以及专业素养能力的要求。

“渗流力学”创新班教学课程内容改革与实践

针对“渗流力学”原有课程体系存在不利于培养学生主动性和创新性、理论与实践联系较少、教学方式单一的问题,通过开展教学内容、教学方法和课程体系等方面的课程体系改革,引导并培养学生发现问题并解决问题的能力,完善实验教学、研讨式教学、科技创新、理论与实际相结合的教学体系,实现“渗流力学”创新班教学的系统性和完整性,提升学生的主动性和创造性,以期达到未来全球对工程科技人才的要求。

基于渗流力学的掘进工作面瓦斯涌出量预测

为了实现煤巷掘进工作面瓦斯涌出的动态预测,基于渗流力学方法,采用瓦斯的连续性方程、运动方程、状态方程和瓦斯含量方程,建立了煤壁瓦斯渗流模型,并对渗流速度进行积分,推导得到掘进工作面的瓦斯涌出量预测公式,探讨了现场掘进过程中瓦斯涌出量预测值的准确性,在所建立的煤壁瓦斯渗流模型基础上,利用控制变量法研究了煤体渗透率和原始煤层瓦斯压力2种关键因素对瓦斯渗流速度的影响。研究结果表明:利用预测公式得到的掘进工作面瓦斯涌出量预测值与现场实际基本一致,瓦斯渗流速度随煤体渗透率、原始煤层瓦斯压力均呈负指数关系变化,煤体渗透率越高、原始煤层瓦斯压力越大,煤壁暴露时瓦斯渗流速度指数衰减越明显,随着时间增加,瓦斯渗流速度无限趋近于0。

渗流力学进展与前沿

基于1856年法国工程师H.Darcy的著名Darcy渗流理论,回顾了渗流力学由达西渗流朝向非达西渗流、牛顿流体渗流朝向非牛顿渗流、连续介质渗流朝向非连续介质渗流方向的发展进程。总结归纳了渗流力学在石油工业中的应用发展历程:渗流力学在油气运移、聚集和形成油藏的油气勘探中的应用;渗流力学在认识、开发及改造油气藏的油气田开发的应用;渗流力学在油气库的地质结构、水污染、盐碱化以及三次采油的油气储运中的应用。展望了借助于先进的物理、数学方法,将传统的渗流力学理论与新兴科学技术融合发展起来的多场耦合渗流、宏微渗流和多尺度渗流理论的研究前沿与挑战。随着科学技术的飞速发展,更多现代方法和技术将会推动着渗流力学理论进一步发展。

地下水渗流力学的发展进程与动向

回顾Darcy定律建立150周年来,地下水渗流力学的发展进程。关于经典理论,根据渗流问题的基本方程与计算方法,从地下水资源评价、地下水流系统中的传质与传热、非饱和土渗流、计算渗流力学4个方面,概述其应用研究的发展历程;从参数的尺度效应、非饱和土渗流、非连续介质渗流、带自由面渗流4个方面,概述其发展的研究现状。结合经典理论的缺陷,讨论了现代渗流理论的发展动向;在回顾Biot耦合渗流理论的发展进程的基础上,探讨存在于耦合渗流理论中的可能缺陷,提出结合Biot波动理论的可能解决方向。

渗流力学的回顾与展望

简要回顾了渗流力学的发展过程,总结了渗流力学3个不同阶段的发展.对渗流力学的应用进行了分类分析,并对渗流力学的下一步需要重点研究的工作进行了说明.

三维非线性对流扩散问题的数值方法在渗流力学的应用

对三维非线性对流扩散问题提出一类适合并行计算的二阶迎风分数步差分格式,采用分数步技术,将三维问题化为连续解3个一维问题计算.利用变分形式、能量方法、差分算子乘积交换性、高阶差分算子的分解、微分方程先验估计的理论和技巧,得到收敛性的最佳阶的误差估计.该方法已成功的应用油资源运移聚集渗流力学数值模拟计算、海水入侵预测和防治的工程实践中.

现代油藏渗流力学的新发展

从石油渗流的非达西状况的基本规律和分形科学两个方面 ,研究了渗流力学中的非有序问题 ,对现代油藏渗流力学的新发展进行了论述 。

“渗流力学”课程创新思维教学方法探索

"渗流力学"课程以数学力学为主,课程抽象,有利于培养学生的创新思维。本文针对学生在"渗流力学"中创新思维缺乏的现象,对激发学生学习兴趣、提高学生创新思维和创新能力的教学方法进行了初步探索,提出了改进教学目标和教学组织形式、培养学生对渗流力学及数学之美的感受、将科研方法融入到教学工作之中的教学方法。

城市交通网络的渗流力学模型

将城市交通网络中的交通流视为多孔介质网络中的渗流,利用裂隙介质中多相渗流力学理论,考虑人流和车流之间的相互作用以及道路通行能力的不同,建立了城市交通网络通行能力计算的渗流力学模型,该模型的计算可以借助渗流力学的现有知识进行,可以通过计算得到不同时刻城市交通网络的交通流分布以及城市交通网络的宏观通行能力。从而为城市交通规划理论提供了一个全新的方法。

采动岩体渗流力学研究进展

采动岩体渗流力学是建立在渗流失稳假说基础上的学科。介绍了采动岩体渗流力学的工程背景、数学基础以及采动岩体渗流力学的几个研究方向。从实验研究、非线性行为和复杂行为3个方面介绍了采动岩体渗流力学的研究进展,并对采动岩体渗流力学的发展趋势进行了展望。认为,采动岩体渗流力学具有极大的发展潜力,随着能源结构的变化,煤炭资源开采的环保要求更加苛刻,采动岩体渗流力学面临的挑战更加严峻。因此,采动岩体渗流力学实验研究对象将进一步扩大;当代数学理论在采动岩体渗流力学中将得到越来越广泛的应用;采动岩体渗流系统复杂性行为研究将不断深入;微分动力系统定性理论的应用将促使采动岩体渗流力学成为一门特色鲜明的学科;时变边界采动岩体渗流系统的研究将推动采动岩体渗流力学走向成熟。

基于渗流力学的水墨画仿真研究

宣纸建模和水墨运移机理建模是水墨画仿真研究中的关键问题。提出了一种考虑宣纸厚度对水墨画成画效果影响且质量可控的有效厚度宣纸模型,并在此模型的基础上将渗流力学的理论引入水墨在宣纸中的运移规律的研究,通过对水墨效果成因物理规律的探究达到对水墨效果的仿真。仿真结果表明建立在该理论上的水墨运移模型能够针对不同质量的宣纸及水墨浓度的变化给出令人满意的仿真效果图。

气水分界面稳定运动的渗流力学条件研究

水驱气藏气水界面的稳定运动及均匀推进 ,对于气井稳定正常生产 ,提高气藏采收率有较大的影响。文中考虑具有一定倾角的均质各向同性的边水气藏 ,在原始气水界面为一水平面的情况下 ,利用气、水地层渗流的基本规律 ,从理论上详细推导了保持气水分界面稳定运动的气体渗流速度应满足的条件 。

渗流力学问题中的数值反演解

介绍了一种拉普拉斯变换数值反演的新方法——Ｃｒｕｍｐ方法以及它在渗流力学问题中的应用。在数值解例中，将Ｃｒｕｍｐ方法和精确解及Ｓｔｅｈｆｅｓｔ方法进行了比较，Ｃｒｕｍｐ方法的解与精确解吻合良好，较之Ｓｔｅｈｆｅｔ方法有很大改进。在油气井现代试井分析中。