脉劝流条件下血管壁的应力分布

为了分析血液-血管耦合运动所产生血液脉动压力载荷对血管壁应力分布的影响,利用线性化的血液-血管耦合运动方程的Womersley解,导得血液脉动压力载荷下的血管壁Green应变,同时利用Fung的血管壁应变能密度函数,导得相应血管壁应力分布的一般表达式.数值结果表明,在脉动流条件下,当考虑血液-血管耦合运动时,血管壁中周向应力最大,轴向应力居中,径向应力最小;血管壁的残余应力将明显减小血管内壁的应力集中;脉动压力载荷将导致血管壁周向应力在一个心动周期中随时间的脉动,而且随着Womersley数α和血管轴向约束参数K～＊的增大,血管壁周向应力的脉动将明显加剧,提示在分析动脉重建时必须计及血液-血管耦合运动对血管壁应力分布的影响.     

脉动流条件下血管壁的应力分布

为了分析血液-血管耦合运动所产生血液脉动压力载荷对血管壁应力分布的影响,利用线性化的血液-血管耦合运动方程的Womersley解,导得血液脉动压力载荷下的血管壁Green应变,同时利用Fung的血管壁应变能密度函数,导得相应血管壁应力分布的一般表达式.数值结果表明,在脉动流条件下,当考虑血液-血管耦合运动时,血管壁中周向应力最大,轴向应力居中,径向应力最小;血管壁的残余应力将明显减小血管内壁的应力集中;脉动压力载荷将导致血管壁周向应力在一个心动周期中随时间的脉动,而且随着Womersley数α和血管轴向约束参数K*的增大,血管壁周向应力的脉动将明显加剧,提示在分析动脉重建时必须计及血液-血管耦合运动对血管壁应力分布的影响.     

含缺陷厚壁圆管爆轰膨胀断裂的数值模拟

将金属圆管受到炸药爆轰产物产生的冲击压力简化为直接施加在圆管内壁的压力,通过数值模拟对比分析了计及圆管厚度方向的含缺陷圆管的应力分布影响趋势.结果表明,圆管外表面的缺陷对沿壁厚方向的应力集中影响非常明显,即使只有不到厚度尺寸1/100的微缺陷,圆管最大的等效塑性应变显著增加,甚至可以超出无缺陷时数十倍.这种应力分布造成了圆管从外表面宏观可见裂纹产生到完全贯穿长达十余微秒的断裂过程,从而影响到圆管膨胀断裂实验获得的损伤参数定义的有效性.     

基于小扰动理论的微弯河岸沿线扰动压力分布

为揭示微弯河岸沿线的扰动压力分布规律及主要影响因素,以水流运动的二维浅水方程为基础,运用小扰动理论对基本方程及边界条件进行线性化处理,推导正弦型微弯河岸缓流情况下的扰动压力分布公式,并进行影响因素的敏感性分析. 压力分布的解析解与影响因素的敏感性分析表明,在缓流条件下,正弦型微弯河岸的扰动压力分布呈正弦曲线变化,扰动压力的峰值和谷值分别出现在凹岸和凸岸的最大曲率位置,弯曲河岸的振幅与波长比a/λ是影响其沿线压力分布的主要因素. 研究成果可用于估算河流地表水与河岸地下水交换的边界条件,将有利于河岸侧向潜流交换机理及河岸带相关研究的进一步开展.     

压力敏感性弹塑性材料平面应力条件下起始扩展裂纹尖端的渐近场

采用一个能描述材料压力敏感性和SD效应的抛物型屈服准则,运用正交流动法则给出了材料的本构方程.在平面应力条件下,得出了裂纹尖端弹塑性应力场的基本解.在不同受力状态下(表现在采用不同的塑性混合因子),给出裂纹尖端应力场解的构造.讨论了材料参数对裂纹尖端应力场分布的影响.在自相似假设下讨论了应变的奇异性.结果表明,对于纯Ⅰ...     

渐开线直齿轮弹流润滑条件下的多轴疲劳寿命预估

本文中基于弹流润滑分析和次表面应力建立了渐开线直齿轮多轴疲劳寿命计算模型.相对于传统的单轴疲劳模型,考虑了齿轮固定点的应力历史和材料属性对疲劳寿命的影响,并可以得到齿轮在完整啮合过程中的寿命分布.首先建立齿轮的有限长弹流计算模型,得到齿轮啮合过程中的油膜压力和油膜厚度,再根据油膜压力计算出次表面的应力分布;通过分析齿轮计算区域随啮合过程移动的关系,得到固定点的应力历史,再根据基于应力历史的多轴疲劳寿命模型对齿轮的完整啮合过程进行寿命预估.计算分析了不同粗糙度幅值对轮齿各点寿命大小和分布的影响.研究表明:齿面粗糙度对疲劳寿命的影响显著,随着粗糙度幅值的增大,表层下最大应力向齿面移动,导致低疲劳寿命区向齿面发展且逐步扩展到整个单齿啮合区;而表面粗糙度降低到一定程度则对疲劳寿命的影响变得不明显.     

页岩气藏压裂水平井试井分析

页岩气藏资源丰富,开发潜力巨大,已成为目前研究的热点.与常规气藏相比,页岩气藏运移机制复杂,流动模式呈非线性,有必要考虑页岩气的吸附解吸,天然微裂缝的应力敏感性,人工裂缝内的非达西流等非线性因素对压裂水平井压力响应的影响. 基于双重介质和离散裂缝混合模型,分别采用Langmuir等温吸附方程描述吸附解吸,渗透率指数模型描述应力敏感,Forchheimer方程描述非达西效应,建立页岩气藏压裂水平井数值试井模型. 运用伽辽金有限元法对模型进行求解.根据试井特征曲线,划分流动阶段,着重分析非线性因素对压力响应的影响.结果表明:页岩气藏压裂水平井存在压裂裂缝线性流、压裂裂缝径向流、地层线性流、系统径向流及封闭边界影响5 种流动阶段.吸附解吸的影响发生窜流之后,Langmuir吸附体积增大,拟压力导数曲线凹槽更加明显,系统径向流出现时间与压力波传播到边界时间均延迟;天然裂缝系统的应力敏感性主要影响试井曲线的晚期段,拟压力和拟压力导数曲线均表现为上翘,应力敏感效应越强,上翘幅度越大;高速非达西效应对早期段影响较大,非达西效应越强,拟压力降幅度越大,试井曲线上翘.与解析解的对比以及矿场实例验证了模型的正确性与适用性.      

缺陷分布不均匀性对蜂窝材料面内冲击性能的影响

利用显式动力有限元方法数值讨论了缺陷（胞壁缺失）分布不均匀性对蜂窝材料面内冲击性能的影响。首先,参考理想六边形蜂窝材料在不同冲击速度下的变形特性,将蜂窝材料划分成9个区域,在此基础上讨论了缺陷分布在不同区域时对蜂窝材料面内冲击性能的影响。研究表明,在冲击载荷作用下,除了缺失率以外,蜂窝材料的面内冲击性能也依赖于缺陷的分布,且在中低冲击速度时表现出更高的敏感性。随着缺失率的增加,蜂窝材料的平台应力明显减小,而平台应力对缺失率及冲击速度的敏感性依赖于缺陷的位置。该结论对蜂窝材料的安全性评估及动力学优化设计具有一定的指导意义。     

纳米增强预浸料缠绕立管参数敏感性分析

复合材料立管结构参数与立管力学性能存在紧密的关联性,掌握设计参数对缠绕立管力学性能的影响规律非常必要．考虑缠绕工艺引起的孔隙缺陷,基于复合材料弹性理论及孔隙微观理论模型,构建了纳米增强预浸料缠绕立管形变模型;其次,采用局部敏感度分析法,分别讨论了缠绕立管应力与位移对孔隙含量、孔隙形状、纳米颗粒含量、纤维体积含量、缠绕层数、缠绕角度及内压的局部敏感性;最终,数值结果表明：孔隙含量对轴向应力的影响局部敏感性较强,在孔隙含量为2.8 %~3.2 %之间时,轴向应力的局部敏感性数值快速从负数增长到正值;而孔隙的引入,使得其它设计参数对立管应力与位移的局部敏感性数值的变化趋势无明显影响,但大大影响了敏感性的数值大小;此外,径向位移对孔隙、纳米颗粒含量等所有参数明显不敏感．     

IMPROVEMENT OF THE METHOD OF DETERMINING THE HEIGHT OF ACTION POINT OF COULOMB ACTIVE EARTH PRESSURE

库伦主动土压力作用点位置高度确定为墙高的1/3 处，分析表明这一结论及其推求过程不尽合理.为解决此问题，针对墙后滑动土楔体的受力情况，根据三力汇交原理，考虑墙背土压力的分布与土楔体对其下稳定土体的压力分布的相关关系，采取几何推导方法，得出了主动土压力作用点位置高度表达式；进一步分析了作用点高度对影响因素的敏感性，结果表明其敏感性从大至小的排序为：墙背倾角、内摩擦角、外摩擦角、填土坡角.     

考虑蠕变效应的页岩气水平井控压生产增产机理研究

页岩储层具有基质渗透率低、天然裂缝发育复杂等特点,主要采用多段压裂水平井的方式进行开发.页岩气井的生产分为放压生产和控压生产两种方式,目前学者们普遍认为控压生产能够增加EUR,且应力敏感性是控压生产效果优于放压生产效果的主要原因.文章在考虑基质和裂缝应力敏感的基础上,进一步考虑基质岩石的蠕变效应,建立变压蠕变影响的嵌入式离散裂缝模型,通过数值模拟方法分析应力敏感和蠕变效应对不同生产方式生产效果的影响.结果表明,只考虑应力敏感时,放压生产优于控压生产,只有考虑蠕变效应时,控压生产效果才会优于放压生产,抑制页岩的蠕变效应是控压生产提高气井EUR的机理之一.随控压时长的增加,气井EUR呈现先增加后降低的趋势,控压生产存在一个最优值;基质蠕变参数越大、人工裂缝导流能力越高、基质渗透率越小、吸附体积越小、控压生产增产的效果越好.本研究从机理上解释了控压生产的增产机理,为页岩气井的生产制度优化奠定了基础.     

天然气水合物降压开采沉积物压缩效应数值模拟研究

深海天然气水合物降压开采过程中,沉积物的压缩会改变储层的物理力学特性,进而对天然气的开采效果产生显著影响.为揭示沉积物压缩效应下井周围储层物理力学特性演化规律,本文建立了考虑沉积物压缩效应的理论模型,通过COMSOL模拟研究了不同初始固有渗透率、初始水合物饱和度和井底压力条件下的降压开采中生产井周围储层的物理力学特性演化规律以及开采效果.结果表明:受沉积物压缩的影响,水合物分解区的渗透率随着与井筒距离的增加先增加后减少;产气与产水速率由零立即上升至峰值,然后迅速下降,并且考虑沉积物压缩时的产气与产水速率比不考虑时低;在水合物完全分解区,渗透率的大小与有效应力成负相关关系,未分解区渗透率的大小与水合物饱和度成负相关关系;井底压力越小,有效应力越大,生产井周围储层的渗透率下降越明显;初始水合物饱和度对产气与产水的影响存在拐点,饱和度拐点位于0.25与0.35之间,高水合物饱和度并不代表储层开采效果好,产气速率的高低还与储层的渗透率有关,高水合物饱和度储层的渗透率较低,产气速率较低;储层初始固有渗透率较高时显著促进了开采效果,但储层变形量较大增加了储层的不稳定性.     

A Semi-analytical Model for Pressure-Dependent Permeability of Tight Sandstone Reservoirs

In tight gas reservoirs, permeability is pressure dependent owing to pore pressure reduction during the life of the reservoir. Empirical models are commonly used to describe pressure-dependent permeability. In this paper, it was discussed a number of issues which centered around tight sandstone pressure-dependent permeability experiment, first to apply core aging on permeability test and then to develop a new semi-analytical model to predict permeability. In tight sandstone permeability test experiment, the microinterstice between core and sleeves resulted in over estimation of dependency of permeability on pressure. Then, a new semi-analytical model was developed to identify the relation between permeability and fluid pressure in tight sandstone, which indicates there is a linear relation between pore pressure changes and the inverse of permeability to a constant power. Pressure-dependent permeability of 8 tight sandstone core samples from Ordos Basin, China, was obtained using the modified procedure, and results were perfectly matched with the proposed model. Meanwhile, the semi-analytical model was also verified by pressure-dependent permeability of 16 cores in the literature and experiment results of these 24 cores were matched by empirical models and the semi-analytical model. Compared with regression result of commonly used empirical models, the semi-analytical model outperforms the current empirical models on 8 cores from our experiment and 16 cores from the literature. The model verification also indicates that the semi-theoretical model can match the pressure-dependent permeability of different rock types. In addition, the permeability performance under reservoir condition is discussed, which is divided into two stages. In most tight gas reservoirs, the permeability performance during production is located in stage II. The evaluation result with proposed experiment procedure and the stress condition in stage II will reduce permeability sensitivity to stress.     

考虑二次梯度项及动边界的双重介质低渗透油藏流动分析

在传统试井模型的非线性偏微分方程中根据弱可压缩流体的假设,忽略了二次梯度项,对于低渗透油藏这种方法是有疑问的.低渗透问题一个显著的特点就是流体的流动边界随着时间不断向外扩展.为了更好地研究双重介质低渗透油藏中流体的流动问题,考虑了二次梯度项及活动边界的影响,同时考虑了低渗透油藏的非达西渗流特征,建立了双重介质低渗透油藏流动模型.采用Douglas-Jones预估-校正差分方法获得了无限大地层定产量生产时模型的数值解,分别讨论了不同参数变化时压力的变化规律及活动边界随时间的传播规律,还分析了考虑和忽略二次梯度项影响时模型数值解之间的差异随时间的变化规律,做出了典型压力曲线图版,这些结果可用于实际试井分析.     

裂缝性低渗透油藏流-固耦合理论与数值模拟

根据裂缝性低渗油藏的储层特征,建立适合裂缝性砂岩油藏渗流的等效连续介质模型。将渗流力学与弹塑性力学相结合,建立裂缝性低渗透油藏的流-固耦合渗流数学模型,并给出其数值解.通过数值模拟对一实际井网开发过程中孔隙度、渗透率的变化以及开发指标进行计算,并和刚性模型以及双重介质模型的计算结果进行了分析比较.     

页岩储层应力敏感性定量评价: 思路及应用

应力敏感性定量评价是页岩油气勘探开发中公认的关键工程难题之一, 然而变应力条件下页岩孔缝尺寸及渗透率下降规律等问题至今尚无定论, 亟待深入探索. 本文从Griffith经典弹性力学解出发, 在充分刻画非均质页岩孔隙和微裂缝的基础上, 通过建立横截面为椭圆的柱体管束模型, 推导得到应力作用下岩石渗透率保持水平的计算公式, 基于此给出适宜于非均质页岩油储层的应力敏感性评价思路及覆压渗透率计算公式, 最后在中国西部和中部典型页岩油储层中开展了工程应用. 研究显示: (1) 相同应力状态下, 页岩油储层应力敏感程度由储渗空间初始长短轴比值、杨氏模量及泊松比共同控制; (2) 裂缝型页岩由于发育长短轴比值较高, 其应力敏感程度略高于裂缝发育程度较低的基质型页岩, 且杨氏模量越小, 两类页岩应力敏感程度差异性越大; (3) 在40 MPa的有效应力作用下, 裂缝型和基质型页岩油储层渗透率损耗程度最高值分别不足10%和8%, 证明页岩应力敏感程度总体较低. 应力敏感性对于页岩油原位储量及实际产能的影响程度亟需在工程实际中予以重新审视. 研究成果将为页岩油储量的精确评估和采收率的高效提升提供新的理论与实践依据.      

Sensitivity coefficients of single-phase flow in low-permeability heterogeneous reservoirs

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＳｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓｅｘｐｒｅｓｓｔｈｅｃｈａｎｇｅｒａｔｅｏｆｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｄａｔａｏｎｍｏｄｅｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓ,ａｎｄｒｅｐｒｅｓｅｎｔｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙｄｅｇｒｅｅｏｆｅｓｔｉｍａｔｅｄｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｎｍｏｄｅｌ.Ｉｔｉｓｉｍｐｏｒｔａｎｔｔｏｃａｌｃｕｌａｔｅｔｈｅｍｉｎｒｅｓｅｒｖｏｉｒｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎｓ.ＪａｃｑｕａｒｄａｎｄＪｉａｎ[1]ｐｒｅｓｅｎｔｅｄｔｈｅｆｉｒｓｔｐｒｏｃｅｄｕｒｅｏｆｎｕｍｅｒｉｃ…     

Drawdown Induced Changes in Permeability of Coalbeds: A New Interpretation of the Reservoir Response to Primary Recovery

A model for pore pressure-dependent cleat permeability is presented for gas-desorbing, linear elastic coalbeds under uniaxial strain conditions experienced in producing reservoirs. In the model, changes in the cleat permeability of coalbeds, which are idealised to have a bundled matchstick geometry, is controlled by the prevailing effective horizontal stresses normal to the cleats. Variations in the effective horizontal stresses under uniaxial strain conditions are expressed as a function of pore pressure reduction during drawdown, which includes a cleat compression term and a matrix shrinkage term that have competing effects on cleat permeability. A comprehensive analysis has revealed that the shape of the stress – pore pressure curve is predominantly determined by the magnitude of recovery pressure and rebound pressure relative to the initial reservoir pressure. A total of five possible scenarios have been identified with regard to response of the horizontal stress function to reservoir drawdown. When applied to four coalbed wells at two separate sites in the fairway of the San Juan basin, the model predictions at one site, where the three wells have shown increased absolute permeability during gas production, are in excellent agreement with the published pore pressure dependent permeability changes that were obtained independently from history matching the field production data. At a separate site the model correctly predicts, at least qualitatively, a strong permeability rebound at lower drawdown pressures that has been inferred through history matching the production data. An analysis of the effects of initial reservoir pressure on the response of effective horizontal stress to drawdown was carried out, with reference to the range of pressure likely to be encountered in the San Juan basin. The implications of this in terms of pore pressure dependent permeability are discussed.     

考虑诱导缝多段压裂水平井非均质改造压力动态模型研究

为了准确模拟致密油藏水平井大规模压裂形成复杂裂缝网络系统和非均质储层井底压力变化,建立考虑诱导缝矩形非均质储层多段压裂水平井不稳定渗流数学模型,耦合裂缝模型与储层模型得到有限导流裂缝拉普拉斯空间井底压力解,对两种非均质储层模型分别利用数值解、边界元和已有模型验证其准确性.基于压力导数曲线特征进行流动阶段划分和参数敏感性分析,得到以下结果:和常规压裂水平井井底压力导数曲线相比较,理想模式下,考虑诱导缝影响时特有的流动阶段是综合线性流阶段、诱导缝向压裂裂缝“补充”阶段、储层线性流动阶段和拟边界控制流阶段.诱导缝条数的增加加剧了综合线性流阶段的持续时间,降低了流体渗流阻力,早期阶段压力曲线越低;当诱导缝与压裂裂缝导流能力一定时,裂缝导流能力越大,线性流持续时间越长;当所有压裂裂缝不在一个区域时,沿井筒方向两端区域低渗透率弱化了低渗区域诱导缝流体向压裂裂缝“补充”阶段,因此,沿井筒方向两端区域渗透率越低,早期阶段压力曲线越高;当所有压裂裂缝在一个区域时,渗透率变化只影响径向流阶段之后压力曲线形态,外区渗透率越低,早期径向流阶段之后压力曲线越高.通过实例验证,表明该模型和方法的实用性和准确性.     

Geometrical shapes of waterflooded zones in an inhomogeneous reservoir

The geometrical shapes of waterflooded zones are determined for an individual injection well in a powerful reservoir whose structure is vertically inhomogeneous. It is found that with decrease in the permeability from the top of the reservoir to its bottom the side spreading of water injected in the neighborhood of the bottom also decreases appreciably. In the cases of the power and exponential vertical variations in the permeability and voidage analytic expressions for the pressure distribution and the geometrical shapes of volumes are obtained.