流体惯性效应和裂隙几何属性对非达西系数的影响

文章采用数值模拟方法探究流体惯性效应和裂隙几何属性对非达西系数β的影响,结果表明,随着流体惯性效应(用非达西效应因子E量化)增加,β减小1~2个数量级。当0<E≤0.5时,β量化模型(β=Ae_(h)^(-2b))的幂指数-2b和比例因子A受到流体惯性效应和裂隙几何属性的耦合影响,即流体惯性效应增大会导致幂指数增大,比例因子减小;裂隙粗糙度增加会导致幂指数减小,比例因子增大。当0.5<E≤1.0时,幂指数和比例因子的变化趋势更为复杂,这是由于强惯性流的出现引起高异质性裂隙流场的结果。结合比例因子和幂指数的无量纲分析,得到考虑裂隙几何属性和流体惯性效应耦合影响下的β量化模型。研究结果可为探究岩石裂隙中的非达西流提供参考。

裂隙网络非达西渗流REV及非达西系数张量研究

裂隙网络渗流理论最初建立在裂隙渗流服从立方定律的基础上,而裂隙中非达西渗流更为广泛存在,因此,裂隙网络非达西渗流特性研究更具工程应用前景。本文首先对基于单裂隙立方定律的线素法模型进行改进,用以实现裂隙网络非达西渗流的计算,进而将其应用于实测裂隙数据生成的裂隙网络非达西渗流特性的研究。研究结果表明:根据改进线素法模型和Forchheimer定律计算得到的等效渗透系数张量与线素法模型和达西定律计算得到的具有一致性。对于同一裂隙网络而言,等效非达西系数张量确定的渗流REV要比等效渗透系数张量确定的大,且等效渗透系数张量与等效非达西系数张量的主轴方向一致,但两者之间的长轴互相垂直。

气体压力和孔隙对垃圾土体气体渗透系数影响的研究

垃圾土的非饱和气体渗透系数是填埋场气体运移分析和抽气井设计的重要参数,孔隙比、有机物含量、饱和度等是影响垃圾土渗透特性的主要因素。通过研制的垃圾土非饱和渗透试验仪,进行了不同影响因素下的非饱和垃圾土气体渗透试验,发现渗透系数随渗透压力呈现非线性特性,可以用Forchheimer非达西渗流方程较好地拟合。孔隙比增加,渗透系数增大,非达西系数Ba逐渐减小,分界点的气体压力减小;有机物含量越高,渗透系数越小,分界点气体压力越大;片状分布有机物使有效连通的渗透路径减少是垃圾体气体渗透特性降低的原因;饱和度越高,垃圾土的渗透系数越小,分界点气体压力越大;在试验的有效孔隙范围内,渗透系数、分界点气体压力与有效孔隙呈现较好的相关关系、非达西系数变化不大。

考虑不同完井方式的高速非达西效应评价方法

研究表明,不仅在高产气井,在某些高产挥发性油藏以及其他储层条件下都有可能产生高速非达西渗流。目前常用的高速非达西渗流判别理论公式与解析公式均以裸眼完井为起点,未考虑实际生产中完井方式的影响。因此,在基于二项式的产能方程的基础上,考虑射孔完井对泄流面积的影响,推导出射孔条件下的高速非达西产能方程,并结合国外某高产井评价完井方式对其高速非达西效应的影响。结果表明,当孔密超过25孔/m时射孔完井的泄流面积大于对应的裸眼井,高速非达西效应相应减弱。因此在评价实际生产井近井地带的高速非达西效应时,必须考虑完井方式的影响。

缝洞介质内非达西流动实验研究

采用熔蜡的方法制作了多组全直径缝洞岩心,并利用岩心进行了一系列单相水流动实验,研究缝洞岩心内的流体流动规律。利用单相流动实验结果,采用多参数拟合方法得到适用于缝洞介质的非达西系数表达式,计算了缝洞介质的临界福西海默数（Fo）和临界非达西效应误差。研究结果表明：在矿场的水线推进速度下,压力降与流速存在线性和非线性关系,因此流体的流动规律存在达西流动和高速非达西流动,而其中更多的是高速非达西流动,这主要取决于裂缝的发育程度;Geertsma提出的非达西系数经验公式对于缝洞介质的适用性很差,本文在其基础上修正的非达西系数表达式适用于缝洞介质;缝洞介质的临界福西海默数在0.65±0.1范围内,远远大于砂岩介质的临界Fo,临界非达西效应高达35%~45%,表明非达西效应在缝洞介质中的不可忽略性。

窜流通道高速非达西渗流规律实验

我国大部分油田目前都处在高含水或特高含水开发阶段，各种动态监测分析表明，微观上油藏的特定部位形成了几十倍，甚至数百倍于原始孔道的窜流通道。窜流通道引起的注水低效、无效循环问题已经成为制约油田高效开发、提高原油采收率的主要矛盾。目前，国内外对非线性渗流的研究仍存在很大局限性，而考虑高速非达西渗流的研究更少。以高渗透性填砂管模型为实验对象，设计了窜流通道渗流规律物理模拟实验。根据实验结果，建立了适用于不同级别窜流通道的非达西流系数关系式，揭示了高渗多孔介质的非达西流系数与渗透率、孔隙度之间的内在联系，并在此基础上，进一步研究了达西流向非达西流过渡的临界流速。

深埋隧洞涌水预测非达西流模型及数值模拟

由于深部岩体具有高温、高地应力、高地下水压等特点,深埋隧洞开挖必然会带来高水力梯度引起的控水断裂高流速非达西流问题。基于单裂隙高流速非达西流试验结果,建立二次型的非达西流本构模型,及非达西流影响系数与渗透率的关系式。通过构建统一的达西–非达西流本构方程,建立达西–非达西流有限元分析方法,采用共轭梯度迭代法,进行非达西流有限元方程的迭代求解。最后将理论与方法应用于深埋隧洞的涌水预测中。通过对比达西与非达西流结果表明,对于裂隙宽度较大情况,采用非达西流理论计算是十分必要的,且断层(发育溶蚀裂隙)的宽度及多条断层的交叉位置等对隧道涌水量具有较大的影响。

充填防砂井表皮系数研究

从砾石充填防砂井的基本渗流规律出发,将流量的自动分配引入近井各个阻力区,剖析每个阻力区的流速变化,采用压降的形式,推导出了射孔炮眼穿出钻井污染带与未穿出钻井污染带时,污染带与炮眼内流动的层流表皮系数和紊流表皮系数;将常规径向渗流的紊流表皮系数的分析方法引入裂缝渗流紊流表皮系数的分析,导出了压裂充填的紊流表皮系数;同样考虑流速在射孔孔眼附近的急剧增加,推导出了压裂充填的汇聚表皮系数。计算结果与数值解的时比,反映了以上方法的合理性。

光滑平行板高速非达西渗流实验研究

对于深埋隧洞,由于高地应力和高水压环境,隧洞通过较宽的裂隙就可能发生较大的突水和涌水,而此时水在裂隙中的流动是处于非线性状态,因此开展了光滑平行板高速非达西渗流实验研究.详细介绍了光滑平行板的实验装置和实验步骤,通过对实验数据整理,利用Forchheimer形式的高速非达西渗流运动方程进行曲线拟合,得到每种隙宽的非达西影响系数、渗透率和方差,最终得到本实验的非达西渗流影响系数与渗透率之间的表达式,最后分析了实验产生误差的原因.

非达西渗流研究进展

越来越多的资料表明非达西渗流是普遍存在的现象,而且这种现象对某些实际工程的影响不可忽略,必须对其进行总结和研究.针对非达西渗流的两个研究领域———低速非达西渗流和高速非达西渗流的运动方程等研究成果分别总结;对低速非达西渗流试验方法以及启动压力梯度、拟启动压力梯度和临界压力梯度的产生原因和影响因素进行了论述,且分类介绍了其运动方程;简要介绍了高速非达西渗流的试验方法,并讨论了通过实验曲线建立其运动方程的一般过程,并分类介绍了运动方程;最后概述目前非达西渗流研究的各种问题.

不同类型流体圆管内流动的广义雷诺数分析

雷诺数是表征流体管流特性的重要参数。文中基于同时包含屈服应力、时间常数和幂律指数的Carreau-Extended(简称Carreau-E)非牛顿流体复杂流变模型及力平衡方程,推导出圆管内充分发展的Carreau-E流体层流管流的广义雷诺数表达式,并进一步拓展至Carreau、Herschel-Bulkley、Powerlaw、Bingham 4种常见非牛顿流体及牛顿流体。对比研究发现不同流体在圆管内流动的达西阻力系数实验值与预测值吻合良好,相对误差基本在±10%以内,该研究可为不同非牛顿或牛顿流体管流流态判定提供依据。

低渗透油层不能产生高速非达西流——对《低渗透储层容易产生高速非Darcy流吗?》一文的讨论

没有任何一位学者的研究结果显示"低渗透储层容易产生高速非达西流"。Forchheimer公式一直被应用于高速气体渗流,该式经变形可得到气体渗流方程,导出的非达西渗流湍流系数理论方程与经验公式是一致的,进而认为Forchheimer公式中的非达西流湍流系数经验公式是正确的。有学者之所以否定Forchheimer公式中的非达西渗流湍流系数经验公式的正确性,其主要源于错误地描述了湍流阻力系数与雷诺数的函数关系。进一步研究给出了Forchheimer公式的线性化求解非达西渗流湍流系数的方法。

切向位移作用下粗糙单裂隙高速非达西渗流特性研究

目前的粗糙单裂隙非达西渗流特性研究主要集中于隙宽、粗糙度等因素的影响,而对切向位移作用下粗糙单裂隙非达西渗流特性研究较少。对此,基于Forchheimer方程,采用Fluent数值模拟软件,模拟研究了不同切向位移及不同粗糙度对粗糙单裂隙Forchheimer特征参数的影响,进而探讨了切向位移作用下粗糙单裂隙的非达西渗流特性。结果表明,渗透率k随粗糙度、切向位移的增大而减小;非达西影响系数β随粗糙度、切向位移的增大而增大,并获得定量的关系;临界雷诺数Rec可通过β、粗糙度、切向位移间定量关系由等效水力隙宽换算求得,且随粗糙度、切向位移的增大而增大。

粗糙单裂隙高速非达西渗流特性的试验研究

针对裂隙岩体渗流破坏灾害问题。研制符合不同节理粗糙度的拟岩体粗糙单裂隙试件,开展了可变裂隙开度、高水力梯度粗糙单裂隙非达西渗流室内物理试验。研究表明,高渗流速度情况下,渗流水力梯度与渗流流速之间呈现非线性关系;Forchheimer方程能良好拟合高流速条件下粗糙裂隙渗流情况;提出非达西影响系数的半经验关系式,为工程实践中突涌水量预测提供重要参考。

复式河槽平均局部阻力系数的研究

研究了SKM法中的平均局部阻力系数,将复式河槽分为4个区域,运用SERS—FCF系列试验资料对各区平均局部阻力系数之间的关系进行了探求。研究发现滩地平均局部阻力系数与相对水深呈乘幂关系,主槽区与滩地区平均阻力系数之比与相对水深可用二次函数表示,主槽、滩地边坡可用主槽区和滩地平均阻力系数表示。滩地平均局部阻力系数与达西阻力系数符合线性关系,而主槽两值之比与相对水深满足对数分布。用平均局部阻力系数推求断面总过流量发现计算值偏大,经过修正后发现计算值与实测值吻合较好。

缝洞型碳酸盐岩储层产能方程及其影响因素分析

缝洞型碳酸盐岩气藏储层基质孔隙度、渗透率低,孔洞缝发育,非均质性严重,渗流规律复杂,气体流态特征及其关键影响因素是建立合理有效的缝洞型碳酸盐岩气藏气体渗流模型的重要基础。为此,开展了基岩孔隙型、裂缝型、溶蚀孔洞型3种不同储层特征岩样的渗流特征与应力敏感物理模拟实验,得到了不同储层特征岩样对应的流态特征与应力敏感特征;通过研究其影响程度,获取了碳酸盐岩储层应力敏感模型和高速非达西渗流系数模型,最终建立起了考虑应力敏感与高速非达西系数的二项式气体渗流模型和产能方程。数值计算结果表明:①碳酸盐岩气藏产能计算时孔隙型储层若只考虑应力敏感,由此引起的产能损失幅度在30%左右;②溶蚀孔洞型储层若只考虑高速非达西效应,由此引起的产能损失幅度在20%左右;③裂缝型储层需要综合考虑应力敏感和高速非达西效应,两者共同作用导致的产能损失在40%左右。上述规律性认识对生产实践具有重要的指导意义。

秦岭铁路隧道Ⅱ线出口平导独头掘进9km施工通风系统的研究与实现

介绍秦岭铁路隧道Ⅱ线平导出口段独头掘进 9km通风技术 ,对长距离软管通风系统的风量计算方法、管道漏风率、达西系数等关键技术参数进行了工程试验测试与分析。

多孔氮化硅陶瓷的微观结构、力学性能和气体透气性的研究

本研究中,以石油焦为造孔剂、Y2O3-Al2O3为烧结助剂,通过注浆成型制备出多孔氮化硅陶瓷。研究石油焦的加入量对多孔氮化硅陶瓷微观结构、力学性能及气体透气性的影响。结果表明:多孔氮化硅陶瓷的微孔是由长棒状的β-Si3N4晶粒互相搭接而成,大孔是由石油焦燃烧而成。随着石油焦加入量的增加,气孔率及达西渗透系数(μ)增大,但试样的抗弯强度降低。在起始α-Si3N4粉末中添加10wt%～50wt%石油焦、5wt%Y2O3-3wt%Al2O31800℃下保温2 h制备出气孔率为37.08%～59.40%、抗弯强度为52.00～154.27 MPa、μ值为(3.04～6.87)×10-13m2的多孔氮化硅陶瓷。