离散裂隙渗流方法与裂隙化渗透介质建模

流体渗流模拟的连续介质方法通常适用于多孔地质体 ,并不一定适用于裂隙岩体 ,由于裂隙分布及其特征与孔隙差异较大 .若流体渗流主要受裂隙的控制 ,对于一定尺寸的裂隙岩体 ,多孔介质假设则较难刻划裂隙岩体的渗流特征 .离散裂隙渗流方法不但可直接用于模拟裂隙岩体非均质性和各向异性等渗流特征 ,而且可用其确定所研究的裂隙岩体典型单元体及其水力传导 (渗透 )张量大小 .主要讨论了以下问题 :(1)饱和裂隙介质中一般的离散流体渗流模拟 ;(2 )裂隙岩体中的REV(典型单元体 )及其水力传导 (渗透 )张量的确定 ;(3)利用离散裂隙网络流体渗流模型研究裂隙方向几何参数对水力传导系数和REV的影响 ;(4 )在二维和三维离散裂隙流体渗流模型中对区域大裂隙和局部小裂隙的处理方法 .调查结果显示离散裂隙流体渗流数学模型可用来评价不同尺度上的裂隙岩体的水力特征 ,以及裂隙方向对裂隙化岩体的水力特征有着不可忽视的影响 .同时 ,局部小裂隙、区域大裂隙应当区别对待 ,以便据其所起的作用及水力特征 ,建立裂隙化岩体相应的流体渗流模型 .

地热对井系统裂隙岩体三维渗流传热耦合的等效模拟方法

研究地热对井系统中的裂隙岩体渗流传热问题对于开采深层地热能和发展可再生清洁能源利用技术具有重要价值。基于渗流传热耦合理论和离散裂隙网络模型,提出了裂隙岩体三维热流耦合的等效模拟方法:考虑由岩块基质及复杂离散裂隙网络组成的双重介质,采用无厚度单元模拟裂隙、线单元模拟对井,通过裂隙、对井和岩块三者之间的流量和热量交换实现渗流和传热过程耦合分析。通过与解析方法和精细模拟方法相比较,验证了等效模拟方法的有效性;并将其应用于含大规模裂隙岩体地热对井系统热采过程的数值模拟,获取了储层内温度场的分布规律,评价了裂隙开度对储层平均温度和整体开采率的影响。结果表明:该文方法能够对裂隙及井筒中的渗流传热行为进行细致模拟,在保证精度的前提下,可大幅减小计算量和计算时长;裂隙网络的非均匀及各向异性分布导致岩体温度场分布呈现高度不均匀性,反映了热流耦合的早期热突破和长尾效应等特点;裂隙内水的对流传热作用明显,冷锋面沿储层内的主要贯通裂隙网络移动,裂隙开度是影响岩体温度场分布的重要因素。

基于逆Broyden秩1拟牛顿迭代法的岩体裂隙网络渗流特性研究

岩体裂隙粗糙度和流体惯性效应是影响岩体裂隙网络等效渗透性的重要因素。首先回顾了单裂隙中裂隙粗糙度和流体惯性效应对其过流能力的影响;然后基于逆Broyden秩1拟牛顿迭代法求解控制裂隙内流体流动的非线性方程组,研究岩体裂隙粗糙度和流体惯性效应对离散裂隙网络（DFN）等效渗透性的影响;最后,基于两种不同边界条件,对离散裂隙网络模型内流体的流动特性进行了探讨。结果表明,当水力梯度较小（〈0.5）时,裂隙粗糙度和流体惯性效应对离散裂隙网络渗透性的影响很小;当水力梯度较大（〉0.5）时,裂隙粗糙度和流体惯性效应对离散裂隙网络渗透性的影响随水力梯度的变化而显著变化;在两种边界条件下,当水力梯度在0.1～10.0之间时,裂隙粗糙度和流体惯性效应对离散裂隙网络过流能力的最大影响分别为18.1%和27.5%。所以,当水力梯度较大时,需要在离散裂隙网络模型的渗流计算中考虑裂隙粗糙度和流体惯性效应的影响。