低渗透储层容易产生高速非Darcy流吗?

高速非Darcy流导致附加的压力损失,降低流体的流动效率,对油气生产十分不利。到底是低渗透储层容易产生高速非Darcy流,还是高渗透储层容易产生,一直没有明确的认识。前人研究结果显示,低渗透储层容易产生高速非Darcy流,但低渗透储层的流体流动极其困难,生产过程很难产生高的渗流速度。该文根据流体力学的相关知识,研究了高速非Darcy流产生的条件和高速非Darcy流的影响因素,并认为:高渗透储层容易产生高速非Darcy流,而低渗透储层不容易产生,低渗透储层的开发过程可忽略高速非Darcy流的影响。

低渗透储层不能产生高速非Darcy流吗?——回应窦宏恩先生

低渗透储层能否产生高速非Darcy流,答案是肯定的,只要地层的Reynolds数足够高即可。关于是低渗透储层容易产生高速非Darcy流,还是高渗透储层容易产生高速非Darcy流,答案肯定是后者。相对于高渗透储层来说,低渗透储层的孔隙小,对流体的束缚能力强,不容易产生高速非Darcy流。但实验结果显示低渗透储层的非Darcy渗流系数高于高渗透储层,即低渗透储层比高渗透储层更容易产生高速非Darcy流,这显然是一个实验假象。矿场上极少使用实验测量结果,而是直接应用矿场测试资料研究气体的渗流问题。气井的产能方程包括了高速非Darcy渗流项,低渗透储层和高渗透储层的产能公式在形式上完全一样,只是方程的系数不同而已。

岩样非Darcy流的渗流特性试验研究

通过对岩样渗透试验数据回归得到岩样的渗透特性 (非Darcy流因子 β ,非线性指数n ,渗透系数K)与轴向应变的关系 ,并将多块岩样渗透特性的回归值进行统计 。

石灰岩应力-应变全过程的非Darcy流渗透特性

利用瞬态渗透法测定了石灰岩在应力–应变全过程的非Darcy流渗透特性,发现一种新的试验现象,即在峰后大应变状态下非Darcy流β因子为负。这一试验现象使得人们可以立足于实验室试验来验证、预测和分析岩石渗流失稳现象和规律。建立了一种瞬态法测定岩石渗透特性的试验系统的动力学模型,介绍了由孔隙压力差单一时间序列提取非Darcy流渗透特性参数(渗透率、非Darcy流β因子和加速度系数)的方法,并对石灰岩标准试样进行了应力–应变全过程的渗透试验。研究表明,无论在峰前还是峰后,石灰岩的渗流都不服从Darcy定律;当非Darcy流β因子为正时,非Darcy流的渗透率小于Darcy流的渗透率;当Darcy流β因子为负时,由于裂隙的贯通,孔隙压力迅速衰减,石灰岩中渗流可能失稳。提出的非Darcy流渗透特性的测定方法,继承了以往实验室试验的成熟技术,只是在数据处理方面进行了尝试,既不增加试验成本,又不加大试验的技术难度,便于被用户接受。

破碎岩石非Darcy流的渗透特性试验研究

一种破碎岩石渗透特性试验专用装置与MTS试验系统结合,可以获得非Darcy流的渗透特性(渗透率和非Darcy流β因子)。介绍该装置的构造、破碎岩石非Darcy流的渗透特性试验方法和特点,得到破碎岩石压实过程中渗透特性与载荷、颗粒直径的回归关系及在某一特定载荷作用下,渗透特性ρβ与破碎岩石颗粒直径成线性关系的结果。这种试验技术对于采矿、土木、水利和交通工程具有重要的实际意义。

峰后砂岩非Darcy流渗透特性的试验研究

研究高应力状态下,尤其是峰后低围压下岩石的渗透性具有十分重要的现实意义。利用获得专利权的岩石渗透试验装置与MTS815.02岩石力学伺服试验系统相配套,用来测试单轴峰后给定应变状态下岩样的非Darcy流渗透特性。在阐述岩石Darcy流渗透性的测试原理及误差的基础上,介绍了峰后岩石非Darcy流渗透特性的测试原理、试验系统与测试方案,并给出峰后中砂岩非Darcy渗透特性的试验结果。试验数据表明,单轴峰后应力状态下中砂岩的渗透率k与峰前比较有量级增加,峰后k值随轴向应变e 增长呈二次抛物线关系。

Stokes-Darcy流耦合的单井循环换热地能采集井热物性研究

建立单井循环换热地能采集井的Stokes-Darcy流耦合数学模型,利用该数学模型分析实际工程的温度场分布及热物性对换热效果的影响。结果表明:Stokes-Darcy流耦合模型是准确分析单井循环换热地能采集系统的一种有效方法,该方法与传统方法相比具有较高的精度,可为科学利用地热资源提供重要依据。

泥岩非Darcy流渗透特性指标正负号探讨

Forchheimer关系是非Darcy渗流研究中经常使用的一种经验关系,一般认为非Darcy流β因子和加速度系数这两个渗透特性指标(参量)总是正值.在泥岩和砂质泥岩试样全应力-应变过程的渗透试验中出现其中一个参量为负或者两者均为负值的情况,这究竟是有价值的试验现象,还是测试方法不够合理?指出一些文献在引用Forchheimer关系时出现的非Darcy流β因子前正负号的错误,给出了非Darcy流β因子和加速度系数出现负值的泥岩和砂质泥岩试样全应力-应变过程中渗透特性试验结果,并对其原因进行了粗浅的分析.

承压水完整井Darcy流和非Darcy流水头分布计算方法的分析比较

探讨了地下水向承压水完整井的稳定运动,比较了在Darcy流和非Darcy流情况下井周围水位降深的计算方法。运用Darcy定律、Forchheimer公式及指数型公式对井周围的水头分布进行求解,并对结果进行了比较,得到不能单纯用线性渗流规律代替非线性渗流规律的结论,及非线性渗流不同公式之间的区别与联系。

孔隙介质非Darcy流基本方程——Forchheimer等公式具通用性吗?

地下水非Darcy流方程与Darcy流方程同是地下水动力学的两个基本方程，其它所有具体地下水流问题方程无不以这两个方程为基础而引出，其重要性不言而喻。由于非Darcy流的复杂性，其研究程度远远不及Darcy流。当前使用的经典的非Darcy流基本方程有两类：

某突出矿煤岩非Darcy流渗流稳定性实验研究

为了获得煤岩非Darcy流渗透特性,利用MTS-02型岩石力学试验系统采用全程位移控制对煤与瓦斯突出矿煤样进行了全应力应变过程数控瞬态渗透法试验。计算出煤样破坏过程中不同应变下非Darcy流渗透率、非Darcy流β因子、加速度系数及渗流稳定性指数,并给出发生渗流失稳所需的压力梯度。研究表明:该突出矿煤样的渗流稳定性指数χ的负值较多出现在峰值应力后并且其发生渗流失稳所需的压力梯度较大。

围压对峰后岩石非Darcy流渗透特性影响的试验研究

研究围压对峰后岩石非Darcy流渗透特性的影响对峰后岩石非Darcy渗流系统的失稳具有十分重要的意义。本文基于岩石渗透试验装置与MTS815.02岩石力学伺服试验系统,研究给出了峰后砂泥岩、灰岩、砂岩在不同围压下的非Darcy流渗透特性。以上试验研究表明,峰后岩石非Darcy流渗透率随着围压的增大而下降,其关系可近似用指数函数拟合;而峰后岩石非Darcy流β因子的绝对值随围压的增大呈增大趋势,其关系可近似用对数函数拟合。

多孔介质中相互作用的Brinkman-Forchheimer流与Darcy流的空间衰减估计

研究了多孔介质中一类相互作用的Brinkman-Forchheimer流与Darcy流的空间衰减估计.首先定义一个加权的能量表达式,然后借助一些有用的引理推导出该能量表达式所满足的微分不等式,最后得到解的空间衰减估计结果.

半无限柱形区域中相互作用的Fochheimer流与Darcy流的空间衰减估计

研究了在R3的半无限柱形区域中相互作用的Fochheimer流与Darcy流的解的空间性质。假设流体在Ω1中满足Forchheimer方程组,在Ω2中满足Darcy方程组,应用一阶微分不等式方法,得到解的空间衰减估计结果,并将其看作Saint-Venant原理在相互作用的流体中的应用。

承压破碎岩石非Darcy渗流的渗透特性试验研究

地下工程中的破碎岩石在渗流过程中其结构发生两方面变化,一方面由于水压的作用引起孔隙结构发生变化,另一方面固体材料之间的接触应力造成棱角破损。因此,承压破碎岩石的渗流不同于自然堆放状态下的堆石渗流,其渗透特性随着位移或载荷的变化而产生显著变化。基于MTS815.02型岩石力学试验系统及破碎岩石渗透仪,利用稳态渗透法及轴向位移控制法测定了粒径分别为5mm―10mm、10mm―15mm、15mm―20mm、20mm―25mm以及混合粒径的破碎砂岩、煤矸石及灰岩在承压过程中非Darcy流的渗透特性,给出了岩样在不同轴向位移水平下的孔压梯度与渗流速度关系曲线,得到了渗透特性随孔隙率的变化规律,揭示了Darcy流偏离因子可能为负的现象。研究表明:1)随着孔隙率的减少,渗透率呈现整体下降的趋势,而Darcy流偏离因子的绝对值呈现整体上升的趋势;2)破碎岩石的渗透性不仅和外载水平及当前孔隙度有关,还与碎石的粒径、颗粒的排列方式以及初始孔隙结构(如初始孔隙通道)等有关;3)三种破碎岩石渗透率的量级为10-16m2―10-12m2,Darcy流偏离因子的量级为1012kg/m4―1015kg/m4;4)当颗粒的破碎细化现象严重时,Darcy流偏离因子出现负值的可能性较大。

侧限压缩下破碎矸石混合粒径非Darcy流渗透特性

房柱式及巷式矸石充填开采中,煤柱与矸石两两相隔,破碎矸石充填体处于侧限压缩状态,破碎矸石的密实程度、孔隙特征及渗透特性对于煤层瓦斯流动及地下水渗流的控制具有重要的价值。基于稳态渗透法及轴向位移控制法,利用一套自制的破碎岩体渗透试验系统,测定了破碎矸石在不同混合粒径下承压过程中的非Darcy流渗透特性,得到渗透特性（渗透率k和非Darcy流β因子）随孔隙率的变化规律。研究表明：1）雷诺数计算及孔压梯度与渗流速度关系曲线说明破碎矸石的渗透特征属于非Darcy流;2）孔隙率随着压缩位移的增加而减小,对于混合粒径试样,较小颗粒充填到较大颗粒的孔隙中,是使岩样的初始孔隙率减小的主要原因;3）在侧限压缩下,大颗粒受挤压破碎是产生0-2.5 mm粒径的原因,而渗流造成细小颗粒质量流失;4）侧限压缩下,渗透率总的趋势减小,而非Darcy流β因子增加,但在压缩过程中,渗透特性的变化趋势受颗粒粒径的影响会出现局部波折,说明破碎矸石的渗透特性与侧限压缩位移、颗粒粒径大小、压缩破碎、排列方式及孔隙结构（通道）有关。

Forchheimer型非Darcy渗流系统的滞后分岔

在对Forchheimer型非Darcy渗流系统的控制方程进行简化的基础上,分析了系统平衡态的存在性、稳定性及其跳跃,详细讨论了系统的滞后分岔.研究表明:当非Darcy流β因子由负变为正时,平衡态的一支可能失去稳定性,或者跳到另一支,系统发生滞后分岔;当系统的空参量和边界压力发生变化时,稳定的平衡态和不稳定的平衡态合为一个鞍结点,系统发生切分岔.

高瓦斯矿煤样非Darcy流的MTS渗透性试验

为了获得某高瓦斯矿煤岩非Darcy流渗透特性，从该矿采集煤样，制作成标准煤样。利用MT5815-02型岩石力学试验系统采用全程位移控制进行了全应力应变过程数控瞬态渗透法试验，计算出了在4MPa围压，15Mpa／m孔压时，煤样在不同应变下非Darcy流渗透率、非Darcy流β因子、加速度系数及渗流稳定性指数，并给出了发生渗流失稳所需的压力梯度。研究表明：该煤样具有较强的脆性，在应变保持过程中表现出较大的松弛性能；在全应力应变过程中，该煤样的峰值应力前渗透率比较低，峰应力值后渗透率增大幅度很大；在应变增大过程中，煤样非Darcy流β因子几乎均为负值；煤样的渗流稳定性指数x的负值只出现在峰值应力后。其渗流失稳灾害表现为瓦斯从煤岩体裂隙突然涌出甚至发生瓦斯喷出。

利用瞬态法提取岩样非Darcy流渗透特性(英文)

建立了一种测定岩样非Darcy流渗透特性试验系统的动力学模型.基于岩样两端孔隙压差的时间序列,利用差分计算或曲线拟合得到渗流速度及其变化率的时间序列. 通过线性回归,得到岩样的Forchheimer非Darcy流渗透特性,即渗透率、非Darcy流β因子和加速度系数. 试验结果表明,无论岩样处于峰前还是峰后应力状态,岩样中的渗流都不服从Darcy定律;当非Darcy流β因子为正时,非Darcy流的渗透率k小于Darcy流的渗透率 kD;渗透率(k和kD)、非Darcy流β因子和加速度系数可近似表示为应变的幂指数函数;三种渗透特性中的每两种整体上存在幂指数关系;在加载的初始阶段,由于孔隙和微裂隙的压缩和闭合,渗透率随应变减小,而非Darcy流β因子和加速度系数随应变增大;随后,由于裂隙的扩展,岩样的渗透率迅速增大,而非Darcy流β因子和加速度系数迅速减小,并在峰值应力附近达各自的极值;由于围压的作用,峰后应力状态下岩样的渗透特性随应变的变化缓慢.图3,参18.

峰后岩石非Darcy渗流的一维非定常严格简明解析解

煤炭是中国近期的主要能源,仍需要大力研究.而煤矿采动围岩大多处于峰后应力状态或破碎状态,其渗流一般不符合Darcy定律.探讨非Darcy渗流系统,对其研究既有理论创新价值,尤其在煤矿安全中更有重要的实用价值.用近年发展的求解偏微分方程新的分离变量法——加法分离变量法,得出了Ahmed-Sunada型非Darcy渗流的3套非常简明的一维非定常严格解析解,以发展相应的渗流理论,以及作为标准解推进渗流数值计算的水平.