天然气水合物开发多物理场特征及耦合渗流研究进展与建议

天然气水合物作为一种非常规的清洁能源,在全球分布广、资源量大.自20世纪90年代以来,加拿大、美国、日本、中国已经先后进行了陆域及海域的水合物试采,但发现出砂、单井日产气量低、稳产时间短等问题,试采产量远不能满足商业化开发的需求,其中核心问题是对水合物开发过程中的相变、多相多组分多场耦合渗流特征的认识不够明晰.本文根据天然气水合物开发过程中涉及的渗流场、温度场、化学场、力学场等多场耦合特征,重点综述水合物生成/分解对各物理场主要特征参数的影响,包括水合物储层的孔隙度、水合物饱和度、渗透率、相对渗透率等基础物性参数及其动态演变,天然气水合物的导热系数、比热容、热扩散系数以及水合物生成/分解热等热力学参数,天然气水合物生成、分解动力学特征,纯水合物以及含水合物沉积物的力学性质等,最后阐述了天然气水合物开发渗流中的多场耦合关系及相互作用,提出了今后水合物开发多物理场特征及耦合渗流的科学研究、技术开发的有关建议.     

多孔介质结构对渗流惯性效应的影响规律研究

本文通过局部展开算法研究了多孔介质中排列结构对非线性渗流规律的影响．计算结果表明：规则排列结构的渗流标度律和渗流方向相关，然而非规则排列结构的渗流标度律不依赖于渗流方向而只依赖于多孔介质的几何结构．伴随着排列结构的非规则程度增强，不同方向的渗流阻力变化规律的差异性减小．当流场输运区域较为复杂且不存在较宽直通道时，渗流阻力在较宽雷诺数范围内体现出较为明显的标度律特性．周期性强非规则排列结构中不同区域大小的模型却具有相似的渗流阻力的标度律特性，同时标度律特性与孔隙度的大小相关性不大．阻力非线性标度律由多孔介质结构的不同而取值为2至3之间．     

浅水区海底管道周围海床渗透压力计算研究

我国海上油田开采起步较晚,大部分油田处于浅水区,因此,在设计管道时,应充分考虑由浅水区波浪引起的管道周围海床渗流力。根据浅水波相关假设,考虑自由水面非线性影响,推导出椭圆余弦波的波面方程,在此基础上进一步得到一个关于速度势的表达式,并根据该表达式得出作用于海床表面的波压公式。考虑海床土的压缩性,推导出一阶近似椭圆余弦波作用下浅水区埋置管道周围海床的渗流压力解析解,最后将计算结果与大型水槽试验及以往研究成果作对比。结果表明,在椭圆余弦波的作用下,由一阶椭圆余弦波理论得到的计算结果与试验结果规律基本一致,与相似工况下的现有理论成果数值基本相同,具有一定的可行性和工程价值。     

三维非稳定渗流自由面边界积分项的精确数值计算

利用固定网格法分析三维非稳定渗流问题时,将要面对两项积分难题:以自由面及单元表面为边界的空间积分及以自由面为边界的曲面积分。针对常用的任意8结点6平面三维普通单元,提出采用坐标变换及等参变换技术求取空间积分项的精确数值解;至于曲面积分项,建议改用单元非饱和区部分表面作为积分边界,经过坐标变换及等参变换处理积分边界后,利用高斯数值积分可求出曲面积分项的精确数值解。通过一个普通单元及一项均质半无限边界堤坝的实例分析,表明此方法的精确性和稳定性良好。     

纤维状填料/HDPE复合体系的导电渗流与流变渗流行为的关系

研究了纤维状导电材料不锈钢纤维(SSF)填充高密度聚乙烯(HDPE)导电复合体系的导电渗流与流变渗流行为之间的关系,并与颗粒状导电颗粒炭黑(CB)/HDPE导电复合体系进行了比较.发现当SSF含量极低(0.3vol%)时,SSF/HDPE体系即发生导电渗流现象,且导电渗流转变区域极窄;而仅当SSF含量达到4.8vol%时,该复合体系才表现出流变渗流现象,这一结果与CB/HDPE体系及纳米级导电纤维填充体系截然不同.此外,通过正温度系数效应的研究发现SSF形成的导电通路稳定性高于CB/HDPE体系.我们认为,SSF/HDPE体系呈现的这些特点均与SSF较大的直径及长径比且其导电通路及流变渗流网络的形成机理不同有关.     

利用连续渗流理论构造股市指标波动模型及其讨论

本文引用连续渗流理论构造了股票市场指数波动模型,得到其特征函数收敛于Levy过程这一结论.并且在模型中也体现出了市场波动的"宽尾"现象.     

Numerical solutions to regularized long wave equation based on mixed covolume method

The mixed covolume method for the regularized long wave equation is developed and studied. By introducing a transfer operator γh , which maps the trial function space into the test function space, and combining the mixed finite element with the finite volume method, the nonlinear and linear Euler fully discrete mixed covolume schemes are constructed, and the existence and uniqueness of the solutions are proved. The optimal error estimates for these schemes are obtained. Finally, a numerical example is provided to examine the efficiency of the proposed schemes.     

Modified characteristic finite difference fractional step method for moving boundary value problem of nonlinear percolation system

A fractional step scheme with modified characteristic finite differences running in a parallel arithmetic is presented to simulate a nonlinear percolation system of multilayer dynamics of fluids in a porous medium with moving boundary values. With the help of theoretical techniques including the change of regions, piecewise threefold quadratic interpolation, calculus of variations, multiplicative commutation rule of difference operators, multiplicative commutation rule of difference operators, decomposition of high order difference operators, induction hypothesis, and prior estimates, an optimal order in l ² norm is displayed to complete the convergence analysis of the numerical algorithm. Some numerical results arising in the actual simulation of migration-accumulation of oil resources by this method are listed in the last section.     

多孔介质两相流的局部守恒有限元分析

用局部守恒有限元法研究多孔介质两相渗流问题.详细阐述局部守恒有限元法的基本原理,推导两相渗流问题的局部守恒有限元计算格式并编制相应的计算程序.通过一维Buckley-Leverett两相渗流算例验证该方法的正确性.应用局部守恒有限元法和混合有限元法分别对2个模型进行分析对比.计算结果表明局部守恒有限元法具有良好的鲁棒性及适用性,相较于混合有限元法,处理过程简单,计算时间缩短,为标准有限元法应用于复杂渗流问题提供了一种途径.     

封面图片说明

封面图为一组油气井地下渗流场的模拟图(带箭头的线为流线,其他为等值线,颜色深浅表示压力的大小,圆圈的核心为井点).油气井井组的渗流是油气田开发方案制定及方案调整的重要依据,无论是对常规油气藏还是对非常规油气藏都有着重要的意义.从油气藏井组的渗流场图可以看出:流体的流动方向、压力分布的不均匀程度以及不同井产量对整个井组渗流场的影响.从渗流场图还可以确定不流动区域的位置,为调整井的钻井提供可靠的依据.(图文供稿:刘曰武,中国科学院力学研究所)