基于“三箱”方法的油藏多孔介质热流耦合计算模型

在稠油开采过程中,随着热流体的注入和油气的采出,油藏多孔介质内部的渗流场、温度场和应力场等重新分布,同时油藏多孔介质的物性参数发生变化,稠油热采是一个典型的热流固多场耦合作用过程。由于油藏多孔介质内部结构变化多样,精确描述和分析困难,目前多场耦合相关机理模型研究针对特定条件,具有一定的局限性。本文针对油藏多孔介质,提出了热流耦合计算的"三箱"分析模型,即不涉及REV(表征单元体,representative volumetric element,简称REV)内部构成的"黑箱"分析法、对REV内部进行适当简化的"灰箱"分析法,以及对REV内部进行详细分析的"白箱"分析法。利用所建模型,基于油藏多孔介质的一些典型数据,进行了耦合计算和分析,得到了一些有意义的结果。     

稠油油藏蒸汽-泡沫驱油数值模拟方法

以室内实验和矿场试验结果为基础,对稠油油藏蒸汽 泡沫驱的渗流机理及所涉及的物理化学现象进行了研究,在常规热采模型的基础上,结合蒸汽泡沫驱数学模型,建立了考虑蒸汽泡沫驱的新热采模型,拓展了热采模型的应用范围.模型中考虑了表活剂浓度、非凝析性气体含量、地层非均质性等影响因素.针对辽河高升油田高二、三区高3456井组油层埋藏较深、油层有效厚度较大的特点,对蒸汽泡沫复合驱进行了数值模拟研究,分析了其敏感因素及其可行性,并对蒸汽泡沫复合驱提高厚层稠油油藏的采收率机理进行了探讨.     

基于不可逆热力学原理的油藏多孔介质耦合作用模型

油藏多孔介质渗流过程存在多场耦合作用,目前的一些研究方法和分析模型具有一定局限性。本文将不可逆热力学原理应用于油藏复杂渗流过程,在局域平衡和连续性假设基础上,提出了基于表征单元体(Representative Elementary Volume,简称REV)的元胞描述方法;推导出了多孔介质渗流过程考虑导热和扩散作用的耦合方程;基于所建模型,分析了稠油热采过程的熵产变化特性。稠油热采过程除包括热传导和扩散耦合作用外,还包括黏滞流动和化学反应等不可逆过程,可根据本文模型扩展。     

稠油油藏试井理论研究

分析研究国内外稠油热采模型文献资料,总结归纳了9种稠油热采模型,主要包括非牛顿流体均质地层模型、二区复合模型、三区复合模型、多区复合模型、考虑重力超覆的数学模型以及干扰分析等,并对部分压力变化曲线及压力导数变化曲线做了简要的分析.比较各模型的优缺点,并指出目前的模型存在的问题以及稠油试井的发展趋势.     

生物组织光学参数与热物性参数的相关性研究

基于组织光学和人工神经网络理论,提出了一种全新的确定生物体热物性参数的方法.利用积分球系统测量介质组织光学特性参数,以该特性参数作为人工神经网络输入变量,以热物性参数为目标变量,利用神经网络的自学习系统,最终建立光学特性参数与热物性参数间的非线性映射一黑箱模型.为验证模型,测量了多种热物性参数已知物质的光学特性参数,然后由黑箱模型得到热物性参数计算值,计算值和已知真实值的相对误差均在5%以内.该方法可用于测量生物体的各种热物性参数.     

基于热质理论的广义热弹性动力学模型

具有微尺度传热特征的超常传热过程中,热流矢与温度梯度之间存在延迟效应,且热流的运动受到空间效应的影响.基于热质概念的普适导热定律,结合Clausius不等式和Helmholtz自由能公式,构建了计及热流矢和温度对时间和空间惯性效应的广义热弹性动力学模型,推导了各向同性材料超常传热行为的热弹性控制方程组.通过与已有广义热弹性动力学模型进行对比分析可得,当热流密度不大的条件下,热流矢与温度对空间的惯性效应可忽略时,基于热质概念的广义热弹性模型可分别退化为L-S,G-L和G-N的模型;对于尺度微观、稳态导热条件时,热流矢与温度对空间的惯性效应不可忽略,此时导热系数将受到热质运动惯性效应的影响,利用所建模型可揭示稳态导热时呈现的非傅里叶现象,并可避免基于已有广义模型得到的导热系数随结构特征尺寸变化的非物理现象.     

球形浮空器升空过程中的瞬态热响应

通过建立平流层浮空器的热模型,对球形浮空器升空过程中的瞬态热响应进行了数值模拟.模型中考虑了太阳直接辐射、散射辐射、地球反照辐射和地-气红外辐射等外部辐射热流,并考虑了浮空器外部和内部的对流换热.通过计算获得了球形浮空器升空过程中的瞬态热响应规律.研究结果表明,升空过程中,球形浮空器壳体温度场存在很大的瞬态不均匀性.     

热质的运动和传递-最低热质能耗散原理和热质运动方程

过增元基于质能方程提出了热质的概念.在非平衡热力学中,存在最低能量耗散原理,根据该原理可以导出热传导,扩散及粘性流动等不可逆输运过程的方程式.当采用热质模型对传热现象进行描述时,发现热质的运动也满足最小作用量原理:最低热质能耗散原理,根据该原理可以推导得出热质运动的动量守恒方程。     

热声发动机起振行为实验研究

研究了热声发动机起振过程,对Benavides构建的动力学模型的计算方法进行了优化,计算了控制压力、回热器参数和系统频率对热声发动机起振温度的影响。并进行了实验,计算结果与实验结果一致,证明了优化效果。     

1064 nm激光不同辐照时间对小鼠皮肤热损伤的实验与理论研究

通过实验和理论分析的方法研究1064 nm激光不同辐照时间对小鼠皮肤的热损伤规律。利用皮肤镜图像和光学相干断层图像评估小鼠皮肤组织热损伤程度,利用Arrhenius热损伤方程计算热损伤参数,建立激光诱导皮肤组织热损伤模型,并与实验结果进行对比。结果表明,在靶功率密度为30 W/mm2的1064 nm激光辐照下,0～100 ms辐照时间内,小鼠皮肤组织损伤可恢复;150～280 ms辐照时间内,小鼠皮肤组织出现水肿现象和热凝固损伤;280～550 ms辐照时间内,小鼠皮肤表皮层出现汽化现象,损伤斑周围出现焦痂,真皮层发生变性;660 ms辐照时间以上,小鼠皮肤表皮层和真皮层出现汽化现象,伤口渗出组织液,皮下组织发生变性。理论分析与实验结果一致,建立的热损伤模型能够验证小鼠皮肤热损伤程度。     

Kawasaki Dynamics with Two Types of Particles: Stable/Metastable Configurations and Communication Heights

This is the second in a series of three papers in which we study a two-dimensional lattice gas consisting of two types of particles subject to Kawasaki dynamics at low temperature in a large finite box with an open boundary. Each pair of particles occupying neighboring sites has a negative binding energy provided their types are different, while each particle has a positive activation energy that depends on its type. There is no binding energy between particles of the same type. At the boundary of the box particles are created and annihilated in a way that represents the presence of an infinite gas reservoir. We start the dynamics from the empty box and are interested in the transition time to the full box. This transition is triggered by a critical droplet appearing somewhere in the box.     

A Maxwell Demon Model Connecting Information and Thermodynamics

In the past decades several theoretical Maxwell's demon models have been proposed to exhibit effects such as refrigerating,doing work at the cost of information,and some experiments have been carried out to realize these effects.We propose a model with a two-level demon,information represented by a sequence of bits,and two heat reservoirs.The reservoir that the demon is interacting with depends on the bit.When the temperature difference between the two heat reservoirs is large enough,the information can be erased.On the other hand,when the information is pure enough,heat transfer from one reservoir to the other can happen,resulting in the effect of refrigeration.Genuine examples of such a system are discussed.     

温库边界对布朗热机性能的影响

研究了单势垒锯齿势中,布朗粒子在外力和空间周期温度场作用下构成的布朗热机的热力学性能.考虑布朗粒子动能变化以及高、低温库之间热漏引起的热流.用Smoluchowski方程描述粒子在黏性介质中的动力学特性,推导出高、低温库的热流以及热机功率和效率的解析表达式.通过数值计算分析势垒高度、外力和温库边界对热机性能的影响.研究表明:由于动能变化和热漏引起的不可逆热流的存在,布朗热机为不可逆热机,热机的功率效率特性为一闭合的关系曲线;势垒边界与温库边界重合时,热机的功率达到最大值;通过改变温库边界的位置,可以在一定范围内提高热机的效率,但同时减小了热机的输出功率.     

热储周围岩石热补偿对增强型地热系统采热过程的影响

采用自行开发的增强型地热系统(EGS)地下热流动过程三维动态模拟软件,模拟不同地质条件下EGS的长期运行过程,分析热储周围岩体的热补偿对产热温度以及热储内岩石、流体温度演化的影响.该数值模型视热储为等效多孔介质,采用两个能量方程分别描述流体和岩石的温度场,深入探究岩石与循环流体之间的换热过程.研究发现,热储周围岩体的热补偿作用与热储内流场形态强烈相关,且并不总是提高EGS的生产温度.在深度方向上有较大的优势流动的热储中,热补偿作用在EGS运行早期甚至会降低采出流体的温度.随着EGS的运行,热储温度持续降低,热补偿将对热能开采的影响将逐渐转向正面,对生产流体温度的提高效果增强.     

空调箱箱体结露模型分析

空调箱箱体内外壁面结露问题对箱体传热及性能起着重要影响。由空调箱箱体自身特点,建立箱体传热过程数学模型,通过求解得到箱体内外壁面结露公式,可以快速判断箱体内外壁面是否有结露情况,并经过实验验证,证明建立数学模型的可靠性。最后,分析影响壁面结露的影响因素:箱体厚度、导热系数、气体流速、环境温度等,给出设计建议。     

A Rheological Study of Xanthan Polymer for Enhanced Oil Recovery

This study explored the potential application of xanthan gum as a polymer-flooding agent for oil recovery applications in a specific Devonian oil field. Rheological measurements using oscillatory and steady shear were carried out to examine the change in shear viscosity when the polymer was applied under reservoir conditions. The xanthan rheological properties were described by the Herschel–Bulkley and Ostwald models to characterize its non-Newtonian behavior. As expected, the results showed that higher xanthan concentrations raised the polymer viscosity and increased the degree of shear thinning. Addition of alkalis caused the viscosity of the xanthan solutions to decrease, but they maintained their shear-thinning properties. Polymer solutions in typical oil field brine increased in viscosity by ca. 400% for 720 hours storage time. On the other hand, as expected, the solutions lost their viscosity gradually with increasing temperature. However, at reservoir temperature (68°C), the polymer solutions kept more than 60% of their initial viscosity. In oscillatory deformation tests it was observed that all the measured viscoelastic properties were influenced by temperature and confirmed that xanthan solution behaved as a weak-gel. An order-disorder transition exists within the xanthan-brine solutions which responds to changes in solution concentration, temperature and alkalis.     

考虑通孔和边缘效应的互连网络热电分析

考虑互连通孔和边缘效应,建立互连层间、层内、通孔热阻模型,利用热电二元性,提出一种考虑温度效应对热流影响的热电耦合仿真方法,利用热电之间的反馈关系,修正建模后的温度分布对节点网络热流的影响.并对以聚合物和硅氧化物为介质的多层互连进行分析,以有限元建模结果为参照,与已有模型相比,互连热分布结果的相对标准差分别降低了71.2%、12.9%.考虑通孔效应和边缘效应后,该方法在不同纳米级工艺中所得峰值温升,较已有模型均有一定程度的降低.     

水驱油藏中原油极性物质对吸附和润湿性影响的分子模拟

为了研究水驱油藏中原油极性物质的吸附机理及其对油藏表面润湿性的影响,构建以石英为代表的砂岩岩石骨架模型,己烷为代表的非极性物质模型和以甲苯、胶质和沥青质为代表的极性物质模型,运用分子模拟方法研究4种原油组分和水分子在砂岩油藏表面竞争吸附过程和润湿状态。结果表明：水与4种原油组分在石英矿物表面竞争吸附时,原油中的非极性物质会比极性物质更加容易脱附。极性物质会随着时间的变化逐渐吸附在矿物表面,非极性的物质会随着时间变化逐渐远离矿物表面。吸附过程中静电力起吸附作用,范德华力起排斥作用。最后结合润湿性实验结果,从机理上解释了不同原油组成对润湿性的影响,即原油组分中极性物质含量越高,胶质沥青质含量越大,岩石表面油湿性越大,且水驱过程中润湿性向亲水方向变化越难。结论对提升水驱油藏采收率影响因素的认识有重要意义。     

粘性耗散及变物性对多孔介质中对流换热的影响研究

本文通过理论分析、数值模拟与实验研究的综合,研究了粘性耗散及变物性对多孔介质中对流换热的影响。发现：用理想的等热流边界条件可以较好地数值模拟等热流边界条件下多孔介质中的对流换热;在实际可实现的参数条件下,粘性耗散对多孔介质中对流换热的影响不大;油的变物性对换热的影响很大—热流密度越高,对流换热越强。