气水两相下降流中泡状流与段塞流转换边界研究

针对塔河油田气水混注驱替“阁楼油”过程中泡状流与段塞流转换边界不清的问题,利用数值模拟方法对气水两相下降流中泡状流与段塞流进行了模拟分析。结果表明:在气相表观流速为0.01~1.00 m/s、液相表观流速为0.03~2.00 m/s、管径为76 mm的模拟条件下,管道中主要为泡状流和段塞流;与模拟结果相比,Barnea、Kokal、薛玉卿模型预测的转换边界偏小,Bhagwat和Yijun模型预测的转换边界偏大;随着气相表观流速增加,泡状流向段塞流转换时所需液量逐渐增大;在低液量条件下,越靠近管道中心,气泡数量越多,空隙率越大;随液量增加,单个小气泡体积减小,气泡在整个管道横截面上分布越均匀。基于漂移模型,考虑气泡群滑脱速度,建立了新的泡状流与段塞流转换边界模型,216组文献数据验证结果显示,新模型准确率为95.37%,准确度较高。建立的泡状流—段塞流转换边界模型,不仅可提高井筒压力、温度模型的计算精度,同时对塔河油田现场注入井井口参数优化、注入设备优选和提高“阁楼油”驱替效率有很好的理论指导意义。

采空区顶板导水裂隙侧向边界预测及应用研究

以阳泉三矿老采空区水害防治为工程背景,采用工程实测和数值模拟的方法,对采空区顶板导水裂隙侧向边界进行了预测研究。提出了以水平变形量判别顶板导水裂隙侧向边界的方法,基于K8101工作面相邻老采空区涌水工程实测数据得出的导水裂隙侧向边界值,确定了阳泉三矿顶板产生导水裂隙的临界水平变形判别指标εAB≥5 mm·m-1,利用此指标作为判据,预测了K8404工作面顶板导水裂隙侧向边界,据此制定了其相邻老采空区放水方案。

采空区顶板导水裂隙侧向边界发育规律研究

以阳泉三矿老采空区水害防治为工程背景,采用有限元数值分析的方法,以水平变形为判别指标,对采空区顶板导水裂隙侧向边界的发育规律进行了研究。

不同侧压偏角下导水断裂带发育规律模拟研究

以山东新河煤矿5302工作面为工程背景,运用FLAC^(3D)数值模拟的方法对不同侧压偏角(水平合应力与工作面推进方向间的夹角)下导水断裂带发育规律进行了研究。结果表明:侧压系数为0.5、1.0、1.5时,随侧压偏角增大,采场覆岩塑性区高度整体呈升高趋势,覆岩塑性区从拱形逐渐发育为不规则的马鞍形;侧压系数为2.0和2.5时,随侧压偏角增大,采场覆岩塑性区高度先减小后增大,覆岩塑性区由拱形逐渐发育为枕形;随侧压偏角增大,采场围岩在顶板上方都会形成不同程度的应力集中区,且应力集中区的范围会随着应力偏角的增大先减小后增大。

煤层气井单相水流拟稳态排采模型与应用效果分析

为实现煤层气井的定量化排采管控,有效提高单井产气量,以沁水盆地南部马必东试验区高阶煤为研究对象,依据裂缝储层饱和水单相渗流机理,分析了压裂返排后各级裂隙对排水效果的影响,结合压裂与排采数据,探讨了压裂改造范围内的压力传播特征,将排水区域划分为单相流弹性排水区与两相流弹性排水区,通过建立垂直裂缝线性流拟稳态模型,确定了与试验区地质条件相符的排采控制原则。研究表明:在饱和水单相流阶段,压裂裂缝是水相主要渗流通道,为水相强流动区,100μm级(渗透率1×10-15~1.2×10-15 m 2)外生及微型裂隙对煤层应力、压力传播及气体解吸最为敏感,为水相弱流动区,排采过程中应同时考虑低压力梯度造成的非线性渗流效应与应力敏感作用;排采模型显示:在垂直裂缝拟稳态渗流阶段,储层压力分布呈抛物线型,近井区域产水量高于边界区域,表现为更易发生解吸,单相水流期的渗流阻力主要由煤岩渗透率、排采时间、煤岩压缩系数、裂缝尺寸、压裂改造半径、驱替压力梯度、孔隙压力等多种因素影响,为保证解吸气的连续、高效产出,马必东试验区按照“快-慢-缓”的排采原则,存在合理的排采界限(0.05~0.10 MPa/d);针对高阶碎裂煤,在定流压降幅条件下,产水曲线形态可划分为稳定型、上升型与下降型,同时反映了不同煤储层的供水特性,高产能井解吸前通常出现气驱水尖峰。

基于嵌套模型的地下水侧向径流边界刻画方法研究——以湖北碾盘山冲积平原地下水数值模拟为例

侧向径流边界的刻画方法是地下水数值模拟中的关键问题。以湖北碾盘山汉江水利水电枢纽工程为例,基于有限单元法和嵌套模型的水量转换方法,分别建立包括完整水文地质单元的区域模型和仅包含汉水Ⅰ级阶地的平原区模型;通过区域模型的分区水均衡运算,计算平原区侧向径流边界的径流量,并以区域模型水均衡为框架,分别采用二类流量边界和一类水头边界刻画侧向径流边界,建立了平原区模型;深入分析区域模型和平原区模型间参数和水量的转换关系,并对比了两类边界条件刻画方法的优缺点和适用条件。结果表明:采用嵌套模型能够得到较为准确的地下水侧向径流量;在平原区模型中采用二类流量边界刻画侧向径流边界有利于提高平原区模型的精度和稳定性;边界条件除具有双重含义外还具有双重特征,在模型建立过程中应充分认识边界条件的位置特征和数量特征,并合理概化。