随机多孔介质的蒙特卡罗重构与渗流特性模拟

根据多孔介质微观结构的分形尺度标度特征,采用蒙特卡罗方法分别重构随机多孔介质的微观颗粒和孔隙结构,并基于分形毛管束模型研究多尺度多孔介质的气体渗流特性,建立多孔介质微观结构和宏观渗流特性的定量关系。结果表明：分形蒙特卡罗重构的多孔介质微细结构接近真实介质结构,气体渗流特性的计算结果与格子玻尔兹曼模拟数据较为吻合; 多孔介质气体渗透率随着克努森数的增加而增大,孔隙分形维数对于气体渗流的微尺度效应具有显著影响,而迂曲度分形维数对于表观渗透率和固有渗透率的比值影响可以忽略。提出的分形蒙特卡罗方法具有收敛速度快且计算误差与维数无关的优点,有利于深入理解多尺度多孔介质的渗流机理。     

随机四参数法生成多孔介质及渗流模拟

本文基于多孔介质内流动的广泛应用背景,模拟了多孔介质渗流。采用随机四参数生长法生成了多孔介质模型,并对模型中的微小固相进行了过滤处理。将随机四参数生长法生成的多孔介质结合格子玻尔兹曼方法D2Q9模型模拟了压力驱动的多孔介质中的渗流。通过将模拟结果与著名的CK理论公式的计算结果进行比较,发现在孔隙率高时误差较小(φ=0.9时,误差约为6%)。研究表明在高孔隙率时采用文中的方法得到的多孔介质渗透率及孔隙尺度的流动结果较为准确。     

致密多孔介质中气体渗流的格子Boltzmann模拟

为了能用格子Boltzmann方法来正确地刻画致密多孔介质中微尺度流动问题,对单通道模型进行推广,并将其应用于孔隙群里气体渗流的数值模拟.通过对部分具有代表性的多孔介质中的实际流动问题进行模拟,研究渗透率与平均压力和Knudsen数之间的相互关系.基于理论分析及相关文献中的试验结果,验证模拟结果,为用格子Boltzmann方法深入研究气体渗流问题奠定基础.     

二维非均匀多孔介质中不可压两相驱替的有限分析算法

为提高油藏数值模拟算法的计算效率,在求解单向稳态渗流的有限分析算法基础上,构建二维非均匀多孔介质中不可压两相渗流的有限分析算法.算法中,网格界面上的平均渗透率不是简单地取为相邻网格渗透率的调和平均值,而是通过奇点邻域解析解积分求得.相比于传统的数值算法,有限分析算法随着网格的加密,能够很快地收敛(仅需将原始网格细分至2×2或3×3),并且其计算精度和收敛性不依赖于介质的非均匀强度,从而计算效率得到提高.     

具有树形流道双孔隙率多孔介质渗流特性研究

设计具有合适孔道结构的吸附剂能有效提高吸附过程的效率。本文根据构形理论将树形流道嵌入到多孔介质基质中,构建了高渗透率的双孔隙率多孔介质。计算了树形流道内的无量纲压降分布、流道体积分数和渗透率随分叉级数的变化趋势。并利用双孔隙率多孔介质渗流模型计算了该多孔介质的有效渗透率。与并列直管道相比,树形流道在较大的分叉级数下具有更小的压降;树形流道的嵌入能够有效提高多孔介质的有效渗透率。     

大孔穴多孔介质内湍动特性研究

建立了用于过滤燃烧数值模拟的大孔穴多孔介质3-D均质网络模型。利用该模型研究了四组不同参数多孔介质内压力梯度与渗流速度之间的变化规律。数值模拟与实验结果吻合得很好。数值计算表明:相对于孔隙率,孔径亦即渗透率对压力梯度的影响更为显著;入口效应仅局限在距入口界面2～3个单元长度内,几何参数和渗流速度对其影响可以忽略;多孔介质的存在抑制了湍动能的发展,在受入口效应影响的区域,湍动能衰减得比较剧烈,之后变化趋缓,最终与耗散率形成动态平衡。     

缝洞型介质流动模拟的多尺度分解法

缝洞型介质通常具有非均质性强、结构多尺度的特征.传统数值方法在解决此类多尺度流动问题时,难以兼顾计算精度与计算效率,无法实际应用.对此,本文提出了多孔介质流体流动的多尺度分解法,并应用于缝洞介质流动模拟,能够大幅减小计算的复杂度,同时,可以通过控制均化程度控制计算精度.该方法将求解空间分为若干个子空间的正交直和,从而获得一个近线性的计算复杂度;以分层计算的方式实现了快速计算,另外这种方法是一种无网格方法,具有较好的地层适应性.同时,采用离散缝洞模型简化缝洞结构,进一步提高了计算效率.详细阐述了基于多尺度分解法的多孔介质流体流动数值计算格式的建立,重点介绍了如何在不同的层次上计算基函数.数值结果表明,本文提出的计算方法不仅能够准确捕捉多孔介质中的精细流动特征,而且具有很高的计算效率,是一种有效的流动模拟方法.     

多孔介质中卡森流体的分形分析

研究了非牛顿流体中的卡森流体在多孔介质中的流动特性.基于服从分形分布的弯曲毛细管束模型,运用分形几何理论推导出了该流体在多孔介质中流动的流量、流速、启动压力梯度和有效渗透率的分形解析解.模型中的每一个参数都有明确的物理意义,它将卡森流体在多孔介质中的流动特性与多孔介质的微结构参数有机联系起来.文中给出了卡森流体的流速、启动压力梯度和有效渗透率随着各影响因素的变化趋势,并进行了讨论.所得分形模型可以更深刻地理解卡森流体在多孔介质中流动的内在物理机理. 关键词： 多孔介质 卡森流体 分形     

单一微孔隙中油水相对渗透率特性研究

孔隙渗流是多孔介质渗流的微观基础。本文对孔隙中的两相流应用分相模型,结合达西渗流定律,提出了适用于油水两相的相对渗透率模型,得到相对渗透率与孔隙度无关、相对渗透率只是微孔隙中相态分布的几何尺度以及流体饱和度的函数等结论。设计了微流动实验装置,以去离子水和白油的乳化液为两相流体,在不同含油率下研究了微孔隙中油水两相的渗流特性,并与相应条件下的模型计算结果进行对比。结果表明,对于低渗透尺度等级的微孔隙,实验与计算结果吻合较好,对于高渗透尺度等级的微孔隙,实验与计算结果存在偏差。在某些条件下,油与水的相对渗透率之和存在大于1的情形。     

多孔介质中流体输运的孔尺度SPH模拟

本文采用光滑粒子流体动力学(SPH)方法[1]对流体流过多孔介质的过程进行数值模拟,方法与程序用经典的Poiseuille流与多孔介质流动的Kozeny解进行了验证.PH进一步用于数值模拟跨膜流动,获得了跨膜流动中速度场随时间的演化过程.多孔膜孔径在1 靘到200 靘范围内,流体跨膜渗透速度的SPH结果与K-K方程的计算值吻合较好.文中还讨论了粒子数目与计算精度的关系.本文的计算结果表明SPH方法具有模拟多孔介质微流动的能力.     

Direct measurement of porous media local hydrodynamical permeability using gas MRI.

The concept of hydraulic permeability is at the core of modeling single phase or multi-phase flow in heterogeneous porous media, as it is the spatial distribution of the permeability that primarily governs the behavior of fluid flow in the medium. To date, the modeling of fluid flow in porous media has been hampered by poor estimates of local permeability. Magnetic Resonance Imaging is well known for its ability to measure non-invasively the local density and flow rate of different fluids saturating porous media [1,2]. In this paper we demonstrate the first non-invasive method for the direct measurement of a single projection of the local permeability tensor of a porous medium using gas-phase MRI. The potential for three-dimensional imaging of the medium permeability is also discussed. The limitations of the method are listed and results are presented in a model porous medium as well as in a real oil reservoir rock.     

Gas-kinetic scheme with discontinuous derivative for low speed flow computation

The present paper concerns the improvement of the gas-kinetic scheme (GKS) for low speed flow computation. In the modified GKS scheme, the flow distributions with discontinuous derivatives are used as an initial condition at the cell interface for the flux evaluation. This discontinuity is determined by considering both the flow characteristic and grid’s resolution. Compared with GKS method with a continuous slope for the flow variables at a cell interface, the new scheme is more robust and accurate. In the under resolved flow computation, the new scheme presents much less numerical oscillation. The extension of the current scheme to unstructured mesh is straightforward. To validate the method, both computations of 2D lid-driven cavity flow and 3D flow past a sphere are performed. The numerical results validate the current method.     

变形双重介质分形油藏非达西流动分析

考虑与实际生产相符的介质的双重特性和分形特征,并考虑介质的变形,引入双重分形介质渗透率模数,建立应力敏感地层双重分形介质系统的流动方程.采用Douglas-Jones预估-校正法获得无限大地层定产量生产时变形双重分形介质模型的数值解和无限大地层定压生产时分形介质双孔模型的数值解,作出了典型的压力曲线图版.     

确定多孔介质流动参数的格子Boltzmann方法

本文采用D2Q9不可压缩Lattice-Boltzmann模型模拟了多孔介质中的流场,该模型从介观层次上描述了多孔介质孔隙中的流动特性,验证了Darcy定律,给出了一种计算渗透率的简便方法,本文还运用图像处理方法来构造多孔介质,该方法构造的二维多孔介质能较好地体现实际多孔介质的几何特征。     

利用多松弛格子Boltzmann方法预测多孔介质的渗透率

多孔介质内的流动问题在工程热物理领域有着重要的研究价值和应用背景。本文利用多松弛格子Boltzmann方法详细预测了两种二维多孔介质中的渗透率。研究结果表明:一方面,多松弛模型可以用来克服由单松弛模型带来的一些不足;另一方面,借助于达西定律,多松弛模型可以准确预测多孔介质的渗透率,并将计算结果与已有文献做了对比。     

一种新的凝析气藏气液相变实验方法研究

凝析油气体系和储层岩石是一个相互作用的系统,必然对孔隙介质中凝析气的相态特征产生影响。本文利用气 相色谱分析技术,建立了一种新的凝析气藏气液相变实验方法。实验研究表明:低渗透凝析气藏中孔隙介质对凝析气相态 有较大影响。因此,考虑孔隙介质对凝析气相态的影响对于高效经济开发低渗透凝析气藏具有指导意义。     

地层渗透参数反演计算

利用渗流源网格压力(及井底压力)对网格渗透率导数关系(称为渗透率压力场敏感系数)实现由三维渗流方程压强数值解计算井底压力对网格渗透参数导数的计算.基于渗透率压力场敏感系数的计算结果构造地层渗透参数反演方程,由多井系统井压监测数据实现反演地层渗透参数的计算.算例显示:反演方法对均匀(或分块均匀)油藏模型的计算取得了较好的结果,反演迭代10次后计算结果与模型参数的最大相对误差收敛于1%之内.该方法对油藏动态模拟研究及实现油藏参数动态跟踪具有实际意义.