裂缝性油藏流固耦合渗流

本文给出了考虑介质变形的双重孔隙介质流固耦合渗流模型，并考虑渗流参数随有效应力而变化的非线性双重孔隙介质流固耦合渗流，在此基础上，本文还推导了双重孔隙介质非线性系数非线性等流固耦合流流计算，并给出了算例。     

多孔介质非线性渗流问题的摄动解

考虑变形多孔介质渗透参数(渗透率和孔隙度)与孔隙压力呈负指数变化的特点，建立了多孔介质渗流问题的数学模型，采用积分变换方法求出了一维非线性渗流问题的摄动解，并对常数渗透参数和指数渗透参数的渗流问题进行对比分析，计算结果表明：两者之间的差别较大，且渗透参数的变化对于流体渗流中后期过程有着重要的影响，但对渗流早期影响不大，这对于定量研究工程中非线性渗流问题模型参数的相对重要性提供了可靠的理论依据。     

饱和多孔介质中的混合有限元法和有限应变下应变局部化分析

对基于Biot理论的饱和多孔介质中动力-渗流耦合分析提出了一个耦合场混合元．固相位移、应变和有效应力以及流相压力、压力梯度和Darcy速度在单元内均处理为独立变量分别插值．基于胡海昌-Washizu三变量广义变分原理给出的饱和多孔介质动力-渗流耦合问题控制方程的单元弱形式，导出了单元公式．进一步导出了考虑压力相关非关联塑性的非线性单元公式和发展了相应的一致性算法．对几何非线性分析，采用了共旋公式途径．数值结果例题显示所发展耦合场混合元模拟大应变下由应变软化引起以应变局部化为特征的渐进破坏现象的性能．     

弹塑性变形油藏中多相渗流的数值模拟

基于流固耦合力学理论，建立了弹性变形油藏中多相渗流的数学模型，该模型考虑了渗流与变形的耦合作用，以及注采交变载荷作下油藏多孔介质的弹性变形特征，给出了耦合数值模拟方法和算例。     

考虑热流固耦合作用的多孔介质孔隙尺度两相流动模拟

为了研究深层油气资源在岩石多孔介质内的运移过程, 使用一种基于Darcy-Brinkman-Biot的流固耦合数值方法, 结合传热模型, 完成了Duhamel-Neumann热弹性应力的计算, 实现了在孔隙模拟多孔介质内的考虑热流固耦合作用的两相流动过程. 模型通过求解Navier-Stokes方程完成对孔隙空间内多相流体的计算, 通过求解Darcy方程完成流体在岩石固体颗粒内的计算, 二者通过以动能方式耦合的形式, 计算出岩石固体颗粒质点的位移, 从而实现了流固耦合计算. 在此基础上, 加入传热模型考虑温度场对两相渗流过程的影响. 温度场通过以产生热弹性应力的形式作用于岩石固体颗粒, 总体上实现热流固耦合过程. 基于数值模型, 模拟油水两相流体在二维多孔介质模型内受热流固耦合作用的流动过程. 研究结果表明: 热应力与流固耦合作用产生的应力方向相反, 使得总应力比单独考虑流固耦合作用下的应力小; 温度的增加使得模型孔隙度增加, 但当注入温差达到150 K后, 孔隙度不再有明显增加; 温度的增加使得水相的相对渗流能力增加, 等渗点左移.      

煤层气在非饱和水流阶段的非定常渗流摄动解

煤层甲烷由煤层的割理裂隙系统流入生产井一般经历：单相水流、非饱和流和气、水两相饱和流三个阶段，在非饱和流阶段，储层压力降至临界解吸压力之后，储存在煤基质中的吸附气体少量被解吸出来形成互不连续的气泡并阻止水的流动，含气量尚未达到饱和程度。同时煤层甲烷运移包含渗流场、变形场和应力场的动态耦合过程。本文考虑渗流过程中水-气两相不溶混流体与固体耦合作用，建立了非饱和水流阶段非定常渗流问题的流固耦合数学模型，对该强非线性一维数学模型采用摄动法和积分变换法进行解析求解，并讨论了其压力动态特性，分析了压力随饱和度S及时间t变化的规律和气相及耦合作用的影响，这些研究对煤层气、石油和天然气的开采等地下工程领域具有一定的指导意义。     

可变形多孔介质渗透系数的测定方法

在Ｂｉｏｔ理论基础上给出可变形多孔介质耦合渗流基本方程；求出小试件一维定常耦合渗流问题的解答；表明在一维流固耦合情况下试件内部压力梯度有明显的非均匀性。因此通过实验确定可变形多孔介质渗透系数在数学上可归结为微分方程的反问题，传统的测试渗透系数的方法需要改进。介绍了可变形多孔介质渗透系数的测试原理和测试方法。对粒状多孔材料实验的结果表明，传统实验方法得到的渗透系数误差较大。     

具有井简储集的变形介质双渗模型的压力分析

为更好地研究碳酸盐油藏和低渗油的渗流问题，引入渗透率模数，考虑应力敏感地层中介质的变形，介质的双孔隙度、双渗秀率特征，同时考虑井筒储集的影响，建立新的数学模型。渗透率依赖于孔隙压力变化的流动方程是强非线性的，模型采用Douglas—Jones预估-校正法获得了无限大地层及有界封闭地层的数值解，形成了新的理论图版，并利用这些图版对模型中的有关参数进行了敏感性分析。     

裂缝性低渗透油藏流固耦合渗流分析

在低渗透油田的开发过程中，油藏流体渗流和储层岩土之间存在明显的耦合作用。本文首先研究给出了低渗裂缝性储层孔渗参数的等效方法，然后将渗流力学和岩土力学相结合，给出了低渗透裂缝性储层流固耦合渗流的数学模型，该模型不仅可以反映基质孔渗参数在开发中的变化，而且更能反映裂缝开度变化所引起的渗透率变化，而这对于低渗透裂缝性油田而言十分重要。最后对一实际井网进行了流固耦合油藏数值模拟，给出了开发过程中孔渗参数的变化及其耦合效应对油田开发的影响．     

充液矩形贮箱弹性箱底板应力与变形分析

基于相容拉格朗日-欧拉法,通过对流场与弹性固体间流固耦合作用的分析,得到了矩形贮箱弹性底板流固耦合系统的自由振动微分方程。将伯努利方程与外加激励条件、速度势函数耦合到自由振动方程中,采用迦辽金积分法,给出了矩形贮箱在流体作用下的应力与变形的解析解。讨论了弹性底板的抗弯刚度、结构尺寸、底板材料参数及流体深度等因素对底板应力与变形的影响。研究结果表明:在液体晃动非线性激励作用下,贮箱底板的应力和变形随着液体深度、板长的增大而增大,随着板厚的减小而增大,且成非线性变化关系;底板的变形及应力与底板的材料常数相关,其中板厚的变化对其变形和应力影响要比板长及液体深度的影响显著得多。本文结果可为工程实际中矩形贮箱的设计提供参考。     

孤立波与多孔介质结构物的非线性相互作用

基于精确至Ｏ（εμ＾２，μ＾４）的多孔介质无压渗流模型方程和均匀流体质波动的Ｂｏｕｓｓｉｎｅｓｑ方程，本文对孤立波与多孔介质结构物的相互作用了较系统的数值实验。控制方程采用基于有限差分方程离散，在时域上采用了预估－校正方法进行了时间积分。在求解演化方程的过程中，引入“内迭代”过程实现流体域和多孔介质交界面的连接条件。结果表明孤立波在多孔介质上的反射与在不可渗透的界面上的反射类似，形成反向的孤立波但     

Formulation of a finite deformation model for the dynamic response of open cell biphasic media

The paper illustrates a biphasic formulation which addresses the dynamic response of fluid saturated porous biphasic media at finite deformations with no restriction on the compressibility of the fluid and of the solid skeleton. The proposed model exploits four state fields of purely kinematic nature: the displacements of the solid phase, the velocity of the fluid, the density of the fluid and an additional macroscopic scalar field, termed effective Jacobian, associated with the effective volumetric deformation of the solid phase.The governing equations are characterized by the property of being all expressed in the reference configuration of the solid phase and by the property of employing only work-conjugate variables, thus avoiding the use of a total Cauchy stress tensor.In particular, the set of governing equations includes a momentum balance equation associated with the effective Jacobian field. This equation, differently from the closure-equations proposed by other authors which express a saturation constraint or a porosity balance, is derived as a stationarity condition on account of a least-action variational principle.     

基于侵入混沌多项式法的随机多孔介质内顺磁性流体热磁对流不确定度量化

目前流体流动与传热问题的研究大都基于确定性工况条件, 而现实流体流动与传热问题中存在着大量不确定性因素, 计算流体力学的不确定性量化提供了一种理解流体物性、边界条件与初始条件等不确定性因素对模拟结果影响的能力. 为揭示随机多孔介质内顺磁性流体热磁对流的传播规律与演化特征, 本文发展了一种基于侵入式多项式混沌展开法的热磁对流不确定性量化数理模型与算法程序. 该方法分别利用Karhunen-Loeve展开与多项式混沌展开表达输入随机参数与输出响应量, 同时利用伽辽金投影方法将随机热磁对流控制方程解耦为一组可以应用有限元修正方法求解的确定性控制方程, 并对输出响应量多项式混沌进行求解, 最后采用随机投影法求解相应的确定性控制方程中的混沌系数, 得到输出响应量的统计特征与混沌效应. 热磁对流不确定性量化表明多孔介质孔隙率不确定性通过控制方程演化, 进而影响着多孔介质方腔内顺磁性流体热磁对流, 顺磁性流体热磁对流呈现出显著的混沌效应. 与蒙特卡罗法预测结果相比, 两者计算结果吻合良好, 但侵入式混沌多项式展开法计算量显著减少.      

岩体系统渗流场与应力场耦合的广义双重介质模型的应用研究

本文通过实验资料分析, 提出了裂隙岩体应力与渗流之间的分形几何关系式。以研究区岩体系统结构为基础, 提出了岩体系统应力场与渗流场耦合的广义双重介质模型, 并将该模型应用于某水利水电工程的渗流与控制中, 对坝区岩体进行了应力场和渗流场的耦合分析, 取得了比较满意的结果。     

Homogenization of acoustic waves in strongly heterogeneous porous structures

We consider acoustic waves in fluid-saturated periodic media with dual porosity. At the mesoscopic level, the fluid motion is governed by the Darcy flow model extended by inertia terms and by the mass conservation equation. In this study, assuming the porous skeleton is rigid, the aim is to distinguish the effects of the strong heterogeneity in the permeability coefficients. Using the asymptotic homogenization method we derive macroscopic equations and obtain the dispersion relationship for harmonic waves. The double porosity gives rise to an extra homogenized coefficient of dynamic compressibility which is not obtained in the upscaled single porosity model. Both the single and double porosity models are compared using an example illustrating wave propagation in layered media.     

一维渗透力与浮力

为简化分析,针对一维渗流问题,研究提出了土力学中渗透力和浮力的两种推导方法,作为传统的宏观尺度孔隙水隔离体法的有益补充.弹性力学平衡微分方程、土力学Terzaghi有效应力方程和流体力学简化Bernoulli方程构成本文分析渗透力和浮力的3个基本方程.在基本方程基础上,容易推导出相应的骨架和孔隙水两种隔离体的平衡微分方程,从而在静力平衡范畴内揭示渗透力和浮力的内涵.单位体积饱和土体的渗透力,源于总水头压力的梯度,而浮力则源于位置水头压力在竖向的梯度,这两者统一于骨架或孔隙水的平衡微分方程.实际工程关注的有效应力计算问题,一般可以直接应用3个基本方程来确定;只有在简化条件下可按渗透力和浮力计算土体中有效应力分布规律.还讨论了若干研究热点问题,重点探讨了当前一种渗透力新定义j=nγ_wi在形式上的合理性以及在实际应用中可能存在的风险,并验证了一维渗透力的一种经典精细化表述结果中考虑渗流速度时间导数的严谨性.在土力学渗透力和浮力问题研究中应重视和正确应用Terzaghi有效应力方程.     

Critical time for acoustic wavesin weakly nonlinear poroelastic materials

The final time of existence (critical time) of acoustic waves is a characteristic feature of nonlinear hyperbolic models. We consider such a problem for poroelastic saurated materials of which the material properties are described by Signorini-type constitutitve relations for stresses in the skeleton, and whose material parameters depend on the current porosity. In the one-dimensional case under consideration, the governing set of equations describes changes of extension of the skeleton, a mass density of the fluid, partial velocities of the skeleton and of the fluid and a porosity. We rely on a second order approximation. Relations of the critical time to an initial porosity and to an initial amplitude are discussed. The connection to the threshold of liquefaction is indicated.Received: 10 August 2004, Accepted: 3 December 2004, Published online: 4 March 2005PACS: 62.50, 81.40, 62.65 Dedicated to Prof J. L. Ericksen on the occasion of his 80th birthday