裂缝性应力敏感油藏流固耦合的数值模拟

以裂缝各向异性全张量渗透率动态耦合渗流模型为基础,建立三维三相裂缝各向异性特低渗透油藏流固耦合数学模型,并运用模块化显示耦合迭代求解建立流固耦合渗流数值模拟方法,编制耦合求解程序.研究表明:对于裂缝性油藏,随着油藏开采过程中压力的变化,岩石变形和储层介质的各向异性应变特性使开发过程中多组裂缝的变形程度不同,引起裂缝渗透率的非线性变化,进而使油藏裂缝渗透率张量主值发生旋转,改变液流方向、影响油藏开发效果.     

考虑渗透率张量的非均质油藏有限元数值模拟方法

针对具有混合边界的非均质油藏,考虑全张量形式的渗透率,建立弹性微可压缩单相流体不稳定渗流问题的数学模型.根据变分原理,将压力微分方程的边值问题转化为泛函的极值问题,建立渗流模型的有限元方程.针对典型的均质和非均质渗流问题进行模拟计算,得到油藏内压力动态分布曲线,并分析曲线特征.研究表明,有限元法计算精度很高,适用于求解利用渗透率张量表征的非均质油藏渗流问题.为非均质油藏的开发和精细油藏数值模拟提供了理论依据.     

基于模拟有限差分法的水驱油藏渗透率时变数值模拟

针对高含水油田注入水的长期冲刷导致储层物性参数逐渐变化从而影响油田开发及剩余油分布预测的问题,提出一种基于模拟有限差分法的水驱油藏渗透率时变模拟方法。首先拟合现场油井试井渗透率,建立通过冲刷时间表征渗透率的时变模型,然后对模型采用模拟有限差分法进行离散并采用IMPES方法对其求解,最后分析不同渗透率倍数对剩余油、压力、流线分布和开发效果的影响。结果表明：考虑渗透率时变后,水窜加剧、波及系数减小、开发效果变差。与传统的油藏描述方法相比,该方法符合水驱油藏的实际情况,能够为水驱油田后期深度挖潜提供帮助。     

电热油藏的数学模拟研究

给出了电热油藏的ｒ－ｚ能量模型，导出了电热油藏时温度分布和产量计算的数学公式，由数值计算结果，讨论了油藏电导率对温度分布的影响，以及加热功率和加热方式对原油累积产量的影响。     

各向异性油藏水平井多角度人工裂缝线性单元计算方法

考虑各向异性油藏渗透率张量的表征,利用Green函数和拉普拉斯变换建立裂缝流动的一维单元,裂缝的流量分布采用节点线性插值,裂缝内的流动处理为线性积分,耦合地层与人工裂缝的流动,建立有限导流裂缝井底压力的求解方法.结果表明:多裂缝压裂水平井存在压裂裂缝线性流、地层线性流、系统径向流3种流动形态,压裂裂缝条数越多,相同的生产时间,无因次井底压降越小;裂缝条数对流动影响明显.随着裂缝条数的增加,压降变化减小;裂缝长度和导流能力有相似的变化.人工裂缝与井筒角度越大,产能越大,当裂缝垂直于井筒时,产量最大;地层最大渗透率方向垂直于人工裂缝时产量最大,平行裂缝时产量最小.当人工裂缝垂直于井筒,并同时垂直于地层最大渗透率方向时,达到最大产量值.     

PEMFC气体扩散层内各向异性传递过程数值模拟

质子交换膜燃料电池(PEMFC)气体扩散层(GDL)具有各向异性属性,常规数值模拟对GDL采取均匀模型,忽略了各向异性传递过程对PEMFC性能的影响。本文发展了一个三维非等温单相模型,在GDL平面内和GDL厚度方向采用不同的传递系数,模拟了各向异性传递系数对PEMFC整体和局部性能的影响。在本文计算条件下,GDL各向异性和均匀模型模拟得到的电池极化曲线几乎完全相同,但电池电流密度分布和温度分布等局部特性存在很大差异。该结果进一步证明了不能单独用极化曲线来验证电池数学模型的正确性。     

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.     

氢硼聚变三体级联衰变连续能谱的Monte-Carlo模拟与分析

¹¹B(p,α1)⁸Be^*(1)(2α)三体级联衰变中居间核8Be⁽¹⁾衰变成两个α粒子的连续能谱呈马鞍形分布.编写了模拟三体级联衰变连续能谱的Monte-Carlo程序,计算结果表明:沿居间核8Be⁽¹⁾运动方向α发射强度增强的各向异性分布,能较好地解释实验结果,揭示p+¹¹B核反应中⁸Be⁽¹⁾核α衰变各向异性发射.     

精细分层注水约束的油藏数值模拟

考虑分层注水的井筒约束方程作为内边界条件,基于黑油模型建立精细分层注水约束的油藏数值模型,形成带有加边七对角稀疏系数矩阵的封闭线性系统,采用分块矩阵乘法与预处理共轭梯度法相结合的方法进行求解.通过实例计算五点井网分层注水与笼统注水的开发效果,评价不同分段和配注模式对开发效果的影响.     

各向异性生物组织中偏振光传输的模拟与实验

针对具有纤维状结构特征的生物组织(诸如肌肉、皮肤等),建立了包含球状散射体和具有取向分布的圆柱状散射体的仿体模型,并对偏振光在这类具有各向异性分布的复杂体系中的传输过程进行了蒙特卡罗模拟.给出了蒙特卡罗模拟程序的实现方法并验证了程序的可靠性,随后将程序用于模拟和分析一些肌肉组织的偏振成像实验.实验和模拟结果的一致性验证了用柱-球散射体混合的仿体模型来模拟各向异性生物组织的合理性.同时,通过模拟验证,得到了两个新的参量,分别可以用来表征组织样品中纤维的空间取向和组织样品的各向异性度.     

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.     

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。     

部分射开压裂直井渗流压力动态分析

建立符合非均质油藏部分射开地层实际的物理模型和三维各向异性矩形油藏的不稳定渗流数学模型,考虑不渗透顶、底边界和定压顶、底边界等边界条件的组合,通过无因次量纲变换、拉普拉斯变换、傅里叶余弦变换和分离变量等方法,得到拉普拉斯域的解析解,利用斯蒂芬森数值反演方法,得出实数域的压力数值解.绘制压力动态曲线,并进行敏感性分析.计算结果与数值模拟基本吻合,证实方法的可靠性.敏感性分析表明:压力动态曲线可分为早期线性流、中期径向流、晚期球形流、边界控制流四个流动期.裂缝长度主要影响早期线性流,渗透率各向异性主要影响中期径向流,储层射开程度和裂缝方位主要影响晚期球形流,边界条件和油藏宽度主要影响边界控制流.该方法可以确定最优射开程度、垂向渗透率等参数,为油藏工程分析和压裂工艺设计提供指导.     

基于水平集方法的低渗砂岩数字岩心气水两相渗流模拟

低渗致密砂岩气藏孔喉结构复杂,气水流动及分布规律表征难,常规岩心实验精细刻画困难。基于真实低渗砂岩岩心,利用Micro-CT扫描技术构建储层三维数字岩心,提取连通孔隙结构并建立非结构化四面体网格模型。结合水平集法与N-S方程,建立气水两相流数学模型并利用有限元方法进行求解,研究低渗砂岩气水两相流动中的水驱气过程、残余气分布特征、岩石润湿性对两相流的影响以及并联通道中的窜流特征。结果表明：利用水平集方法能清晰地观察到气水两相分布特征与驱替前缘的运移规律;岩石润湿性对两相流过程影响较大,水湿条件下采出程度更高;并联通道中的窜流现象明显,大通道中水相优先突破并形成优势流动通道,狭小通道中的流动受毛管现象影响,存在较大的附加阻力。     

核磁共振弛豫方法测定砂岩有效渗透率

在对储油岩芯液体吸附特性研究的基础上，提出了用核磁共振弛豫方法测定岩芯“有效渗透率”的方法，并对实际样品进行了测定分析，获得了较满意的结果. 此方法测定的有效渗透率较传统方法测定的渗透率更接近于实际的储油岩层的渗透率. 有效渗透率的值可以用来进行油藏注水开发效果分析，研究油层剩余油分布. 相信此方法将获得更广泛的应用.     

基于相场方法的孔隙尺度油水两相流体流动模拟

基于真实岩心颗粒粒径分布，利用过程法构建疏松砂岩油藏的三维孔隙结构模型，利用相场方法建立两相流体流动数学模型并利用有限元方法进行求解，研究驱替速度、流体性质、润湿性对剩余油分布以及采出程度的影响.结果表明：驱替速度的增大和油水粘度比的减小会导致较大的毛管数，进而有利于采出程度的提高；就润湿性而言，水湿条件下毛管力是水驱油的动力，而在油湿条件下是阻力，因此水湿岩心采出程度更高.同时，从孔隙尺度对油水渗流机理及剩余油分布机理进行揭示，结果表明：由于多孔介质的复杂孔隙结构，流体在流经不同孔隙时呈现不同的流动特征，进而对油水两相流整体的压力分布、流速分布造成重要影响.     

带有垂直裂缝定压油气藏模型的数值解

压裂作为低渗油气藏开发和油田增产的措施之一,被油田广泛应用.为使压裂方案经济合理,达到少投入多产出的目的,并提高压裂设计水平,我们对油气藏定压生产条件下压裂井产量预测的数学模型进行了数值求解,指出了各种模型的适用条件和要考虑的因素.本文主要介绍区域有裂缝存在、系数还依赖未知函数的非线性抛物型油气藏方程的数值求解。     

增强型地热系统地下渗流场的模拟分析

采用自行开发的数值模型,模拟分析循环流体在双井增强型地热系统(EGS)地下热储中的渗流过程,系统分析不同水力渗透条件热储中流场形态的变化规律.结果表明,重力作用和流体动静压转换造成的"基础压差"与循环流体在地下裂隙岩体中的沿程阻力之间的相对大小是决定热储中流场分布形态的重要因素,而循环流量大小对热储内渗流场形态影响非常有限.基于此,我们提出水平井和多井环绕布局两种抑制流体短路的方案,为EGS的建设提供理论指导.