低渗透煤层气有限导流垂直裂缝井压力动态分析

作为典型的致密多孔介质,煤岩储层已被证实存在启动压力梯度.根据煤层气垂直裂缝井的双线性流动机制,综合考虑启动压力梯度和井筒储存效应的影响,建立了一个新的低渗透煤层气有限导流垂直裂缝井双线性流动数学模型,采用Laplace变换和Stehfest数值反演方法对数学模型进行了求解,并分析了无因次启动压力梯度等参数对无因次井底压力及其导数曲线的影响规律.分析结果表明:典型的低渗透煤层气垂直裂缝井双线性流动曲线可划分为早期续流段、双线性流段、煤层线性流段、过渡流段和煤层边界线性流段5个特征阶段,其中由于启动压力梯度存在的影响,无因次井底压力及其导数曲线自煤层线性流段开始出现明显上翘,且启动压力梯度值越大,曲线上翘趋势越明显;此外,煤层边界线性流段呈现为单位斜率的直线,而非1/2斜率的线性流段直线.这些结果表现出启动压力梯度对低渗透煤层气垂直裂缝井双线性流动的影响,可用于指导现场煤层气井试井分析.     

考虑井储和表皮效应的分形介质煤层气压力动态分析

考虑煤层的双重介质特征和介质的分形特征,建立了考虑井筒储存和表皮效应影响的分形介质煤储层非平衡吸附、非稳态条件下的气体流动数学模型,并分别求得了无限大地层条件下中心一口井定产量生产时无因次井底压力的Laplace空间解析解和实空间上的数值解.给出了无因次井底压力及其导数随分形参数、无因次井筒储存系数以及表皮系数等变化的双对数曲线图.     

低速非达西渗流动边界问题的积的分解

研究了低渗透油藏低速非达西径向流的动边界问题,给出了高精度的积分解,分析了启动压力梯度对压力分布的影响,发现启动压力梯度越大,井底附近压力下降越快,外边界传播越慢．     

低渗透煤层气藏中气-水两相不稳定渗流动态分析

针对低渗透煤层渗流问题,考虑启动压力梯度及其引起的动边界和动边界内吸附气解吸作用的渗流模型研究目前仅限于单相流,而更符合实际的气-水两相渗流动边界模型未见报道.本文综合考虑了煤层吸附气的解吸作用、气-水两相渗流、非达西渗流、地层应力敏感等影响因素,进行了低渗透煤层的气-水两相渗流模型研究.采用了试井技术中的"分相处理"方法,修正了两相渗流的综合压缩系数和流度,并基于含气饱和度呈线性递减分布的假设,建立了煤层气藏的气-水两相渗流耦合模型.该数学模型不仅可以描述由于低渗透煤层中渗流存在启动压力梯度而产生的可表征煤层有效动用范围随时间变化的移动边界,还可以描述煤层有效动用范围内吸附气的解吸现象以及吸附气解吸作用所引起的煤层含气饱和度的上升;为了提高模型精度,控制方程还保留了二次压力梯度项.采用了稳定的全隐式有限差分方法进行了模型的数值求解,并验证了数值计算方法的正确性,获得了模型关于瞬时井底压力与压力导数响应的双对数特征曲线,由此分析了各渗流参数的敏感性影响.本文研究结果可为低渗透煤层气藏开发的气-水两相流试井技术提供渗流力学的理论基础.     

分形油藏不稳定渗流问题的精确解

研究了分形油藏无限大地层和有界地层渗流模型，引入了一类有限广义Ｈａｎｋｅｌ变换，利用这种变换和Ｗｅｂｅｒ变换，在井底定流量和定压生产时，对无限大地层及有界地层（包括封闭和定压地层）六种情况，求得了实空间解析解用双参数（ｄｆ，ｄｓ）来刻画分形油藏的分形特性，分析了分形油藏压力动态特征以及分形参数和边界对压力动态的影响     

分形煤层气藏数值模拟研究——Douglas-Jones预估-校正法的应用

传统的煤层气动力学模型多建立在欧几里得基础上,难以描述煤层气孔隙结构的复杂性和形状的不规则性。为此,以分形理论为基础,通过引入煤层基质和裂缝的分形维数来刻画煤层气孔隙结构的复杂性和吸附特性,建立了双重分形介质渗流模型,采用Douglas-Jones预估-校正法对非线性方程组进行离散,获得了无限大地层和有限地层定产量生产时拟稳态吸附模型的差分方程,求得数值解。结果表明,Douglas-Jones预估-校正法可以有效解决这类非线性模型的求解问题,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;分析各种分形参数下的煤层压力动态,做出了典型压力曲线图。对无限大地层,初期分形维数对压力影响不大,后期分形维数越小,压力越高。对有限地层,初期分形维数的影响明显,且分形维数越大,压力越低。压力随分形指数的减小量呈现先增大后减小的趋势,在末期压力平稳趋向同一值。     

含有启动压力梯度的渗流问题及其无网格解法

针对两种典型的涉及启动压力梯度的渗流问题,给出了无量纲化的渗流控制方程、初始条件和边界条件,并使用无网格方法进行数值模拟。计算结果使用Gringarten—Bourdet图版进行井底压力分析,给出了一种计算动边界位置的方法,并详细讨论了动边界变化情况。     

一种微管中启动压力梯度测量方法

为了更加准确地测量低渗透多孔介质中液体流动的启动压力梯度,本文设计了一种在微管中测量启动压力梯度的方法:将静态法和稳态流动实验相结合,研究微管内的去离子水从静态到流动状态整体的压力反应. 实验结果表明:由稳态流动实验得到微管启动压力梯度,是静态法所得启动压力梯度值的14.5倍,说明在以往通过动态实验值所推得启动压力梯度数值过大. 这可以解释为在油藏工程中,实验室测得的启动压力梯度往往过大,无法向现场推广的原因. 研究表明:可以将该方法用于低渗透岩心的启动压力梯度测量实验中,更加准确的获得低渗透油藏的启动压力梯度值. 本文的研究不仅证明了微米尺度下启动压力梯度的存在,而且给出了更加准确测量启动压力梯度的方法.     

污染区对部分打开井井底压力响应的影响

钻井造成的污染区对部分打开井的影响不同于裸眼井. 为了分析污染区对部分打开井井底压力响应的影响,建立了一种部分打开井的二维轴对称渗流模型,模型考虑了真实的污染区以及储层渗透率各向异性特征.利用有限元数值方法对模型进行求解,获得了部分打开井的井底压力响应及储层压力分布. 根据压力响应及压力分布特征,将部分打开井的压力响应过程划分为5 个流动阶段,其中早期局部径向流动和椭球流动是该类井最典型的特征. 对污染区的影响分析表明:传统方法中的表皮系数S 并不等于污染区引起的机械表皮系数S_d;无量纲井筒储存系数不能与机械表皮系数组合. 修正了传统方法中部分打开井的井底压力公式,验证了部分打开井的总表皮计算公式,为该类井的井底压力响应解释及产能预测提供理论指导.      

分形理论在煤层气非平衡吸附模型中的应用

传统的煤层气动力学模型均是建立在欧几里得几何基础上的,难以描述煤层孔隙结构的复杂性及形状的不规则性。本文以分形理论为基础,通过引入分形维数来刻画煤层孔隙结构的复杂性并考虑煤层的吸附特性、双重介质特征及介质的变形,建立基于Fick第二定律的分形介质煤层气非稳态渗流数学模型。由于流动方程的强非线性,结合各类边界条件用正则摄动法和Laplace变换得到模型在拉氏空间上的近似解析解,再利用Laplace数值反演求得实空间上的数值解。对参数进行敏感性分析并绘制了典型压力曲线,这些结果为煤层气开采提供了理论依据和试井方法。     

基于分形导数对非牛顿流体层流的数值研究

非牛顿流体具有复杂的流变特性,揭示该流变特性可以更加合理地指导非牛顿流体在工农业生产中的应用.经典的非牛顿流体本构模型往往形式复杂,仅能应用于某些特定的情况.分数阶导数模型具有参数少和形式简单的特点,己成功地应用于描述非牛顿流体的运动.Hausdorff分形导数作为一个备选的建模方法,相比分数阶导数具有更简单的形式以及更高的计算效率.本文基于Hausdorff分形导数改进现有牛顿黏性模型,提出分形黏壶模型.通过研究分形黏壶在常应变率下表观黏度的变化情况,以及在加、卸载条件下的蠕变及恢复特性,发现分形黏壶模型适合于描述具有黏弹性的非牛顿流体(本文称之为分形流体).结合连续性方程及运动微分方程,推导出分形流体在平行板间层流的基本方程.按是否拖动上板和是否存在水平的压力梯度分为3种工况,分别用数值方法计算这3种工况下流速在板间的分布及其随时间变化的情况.通过分析不同工况下的流速分布,发现水平的压力梯度会改变流速随时间变化的形状,且会推迟流速到达稳定的时间.在水平压力梯度不存在的情况下,不同阶数的分形流体具有相同的流速分布或是演变过程.另外,在水平压力梯度存在的情况下,上板速度不影响不同阶数分形流体间稳定速度的差值.     

The Transient Flow Analysis of Fluid in a Fractal, Double-Porosity Reservoir

The mathematical model for transient fluid flow in porous media is based in general on mass conservation principle. Because of the small compressibility of formation fluid, the quadratic term of pressure gradient is always ignored to linearize the non-linear diffusion equation. This may result in significant errors in model prediction, especially at large time scale. In order to solve this problem, it may be necessary to keep the quadratic term in the non-linear equations. In our study, the quadratic term is reserved to fully describe the transient fluid flow. Based on this rigorous treatment, the mathematical models are established to analyze the transient flow behavior in a double porosity, fractal reservoir with spherical and cylindrical matrix. In addition, Laplace transformation method is employed to solve these mathematical models and the type curves are provided to analyze the pressure transient characteristics. This study indicates that the relative errors in calculated pressure caused by ignoring the quadratic term may amount to 10?% in a fractal reservoir with double porosity, which can??t be neglected in general for fractal reservoirs with double porosity at large time scale.     

瓦斯爆燃火焰内部流场分形特性研究

通过高速纹影图像从细观角度详细研究了瓦斯爆燃火焰内部流场的细微结构。实验表明 :火焰内部流场具有明显的分形特征 ,且不同传播条件下分形维数不同。分形维数的大小对火焰内部结构与火焰传播有很大影响 ,是衡量瓦斯火焰传播速度的有效参数。     

关联表面分形特性的润滑模型

在分配有面粗糙度与材料表面分形特性关系的基础上，将分形特性引入润滑方程，提出了关联表面分形特性的润滑模型，并分析了润滑模型中压力流量因子和剪切流量因子与表面分形维数之间关系。计算结果表明：在相同分形维数（D）下，随着微突体纵横比v的增大，压力流量因子和剪切流量因子相应增大，且其随分形维数D的变化同随油膜粗糙度比H的变化相比呈现出更强的不规则特性，出现局部最大和最小值，并且分辨率较高。     

THE TRANSIENT ELLIPTIC FLOW OF POWER-LAW FLUID IN FRACTAL POROUS MEDIA

1　ＴｈｅＦｌｏｗＭｏｄｅｌｏｆＰｏｗｅｒ＿ＬａｗＦｌｕｉｄｉｎＲａｄｉｃａｌＦｒａｃｔａｌＲｅｓｅｒｖｏｉｒＴｈｅｔｒａｎｓｉｅｎｔｆｌｏｗｏｆｐｏｗｅｒ＿ｌａｗｆｌｕｉｄｉｎｒａｄｉｃａｌｆｒａｃｔａｌｒｅｓｅｒｖｏｉｒｉｓｓｔｕｄｉｅｄｉｎＲｅｆ.[1 ] ,ａｎｄａｎａｌｙｔｉｃａｌｓｏｌｕｔｉｏｎｏｆＬａｐｌａｃｅｓｐａｃｅｉｓｄｅｒｉｖｅｄ .ＩｎＲｅｆ.[2 ] ,ｔｈｅｔｒａｎｓｉｅｎｔｅｌｌｉｐｔｉｃａｌｆｌｏｗｉｓｒｅｓｅａｒｃｈｅｄｏｎｍｏｄｅｌｏｆｅｘｐａｎｄｉｎｇｒｅｃｔａｎｇｌｅ .Ｔ…     

The Flow Problem of Fluids Flow in a Fractal Reservoir with Double Porosity

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＴｈｅｆｌｏｗｔｈｅｏｒｙａｎｄｉｔｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｆｌｕｉｄｓｆｌｏｗｉｎａｆｒａｃｔａｌｒｅｓｅｒｖｏｉｒｈａｖｅｃｏｎｔｉｎｕａｌｌｙｇｏｎｅｄｅｅｐｉｎｔｏｓｔｕｄｙｓｉｎｃｅＣｈａｎｇａｎｄＹｏｒｔｓｏｓ[1]ｂｕｉｌｔｔｈｅｆｌｏｗｍｏｄｅｌｏｆｆｌｕｉｄｔｈｒｏｕｇｈａｆｒａｃｔａｌｒｅｓｅｒｖｏｉｒ.ＴＯＮＧＤｅｎｇ＿ｋｅ[2 ]ｐｒｅｓｅｎｔｅｄｔｈｅｅｘａｃｔｓｏｌｕｔｉｏｎａｎｄｉｔｓｐｒｅｓｓｕｒｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｆｏｒｔｈｅｖａ…     

Mathematical modeling of methane flow in a borehole coal mining system

Safety in coal mining is greatly increased by the drainage of the methane content of coal seams through boreholes, simultaneously producing significant energy. The design of suitable drainage technology is based on the mathematical modeling of methane flow in coal seams. In the calculation of the methane pressure, the new mathematical model presented in this paper considers both the sorption phenomenon of methane depending upon the methane pressure and the fact that the variation in methane pressure can create a change in the stress condition of the rock and, as a consequence of this, a change in the permeability of the coal. The new mathematical model can be used for the numerical simulation of the flow processes in coal seams and methane drainage technology can be designed more accurately.