格子Boltzmann方法模拟多孔介质惯性流的边界条件改进

格子Boltzmann方法可以有效地模拟水动力学问题,边界处理方法的选择对于可靠的模拟计算至关重要.本文基于多松弛时间格子Boltzmann模型开展了不同边界条件下,周期对称性结构和不规则结构中流体流动模拟,阐述了不同边界条件的精度和适用范围.此外,引入一种混合式边界处理方法来模拟多孔介质惯性流,结果表明:对于周期性对称结构流动模拟,体力格式边界条件和压力边界处理方法是等效的,两者都能精确地捕捉流体流动特点;而对于非周期性不规则结构,两种边界处理方法并不等价,体力格式边界条件只适用于周期性结构;由于广义化周期性边界条件忽略了垂直主流方向上流体与固体格点的碰撞作用,同样不适合处理不规则模型;体力–压力混合式边界格式能够用来模拟周期性或非周期性结构流体流动,在模拟多孔介质流体惯性流时,比压力边界条件有更大的应用优势,可以获得更大的雷诺数且能保证计算的准确性.     

多孔介质自发渗吸关键问题与思考

多孔介质自发渗吸现象普遍存在于自然界和工业应用领域, 深入研究其微观流动机理及宏观渗流规律具有重要的科学和工程价值。由于受多孔介质物理属性、流体性质、边界条件等多种因素的影响, 自发渗吸机理及渗流规律难以厘清。目前, 已有众多物理实验、理论分析及数值模拟等方法对多因素影响下的自发渗吸过程进行了广泛而深入的研究。本文就该领域存在的关键问题及最新进展进行梳理分析并提出若干思考, 以期对多孔介质自发渗吸的理解和未来研究工作提供一定的借鉴。     

基于改进的模糊综合评判方法的聚表剂性能评价

聚表剂凭借其良好的增黏性,抗盐性以及乳化特性成为陆相油田潜在的优势驱替剂.以华鼎Ⅰ、海博BI和DG聚表剂为研究对象,分析了影响聚表剂溶液黏度性质的单因素指标,基于改进的模糊综合评判方法对三种聚表剂的粘度性能进行优选;通过并联岩心模型驱油实验对优选结果进行验证.结果表明华鼎Ⅰ的粘度性能最优,DG聚表剂的粘度性能最差;并联岩心驱油实验中以改善剖面能力为验证指标与模糊评价结果相吻合;以采出程度为验证指标与模糊评价结果不吻合,原因在于不同聚表剂之间的洗油能力存在差异.综合来看,改进的模糊数学评判方法对于聚表剂的优选具有一定的参考意义.     

位错载氢运动对材料氢脆行为的影响

位错载氢运动会导致金属结构材料中氢原子的再分布和氢损伤的加剧,但目前仍缺乏相关实验数据支撑。本文首先对比了高锰钢预充氢后在四种应变速率(1×10^–3 s^–1,1×10^–4 s^–1,1×10^–5 s^–1和1×10^–6 s^–1)下的断口特征,随后结合理论计算探究了不同应变速率下位错载氢对金属材料氢脆行为的影响。结果表明较慢应变速率(1×10^–5 s^–1 and 1×10^–6 s^–1)下拉伸的试样具有比较快应变速率(1×10^–3 s^–1和1×10^–4 s^–1)拉伸时更高的氢脆敏感性和更大的断口脆性区面积。这是因为较慢应变速率下拉伸时,氢可以随位错运动,导致在塑性变形过程中形成更大的氢原子扩散距离和脆性区深度。此外,在更慢的应变速率(1×10     

基于经验模态分解的高光谱遥感数据去噪方法

经验模态分解(EMD)是一种新的时频分析方法,经EMD分解后的各个固有模态函数(IMF)突出了原始信号的局部特征,从而可以区分噪声和有用信号。基于此,结合高光谱遥感数据的光谱变化特征,提出了一种基于经验模态分解的高光谱遥感数据去噪方法。通过对理论数据的实验表明,数据中的噪声无论是高斯分布还是均匀分布,数据经EMD分解后,噪声都主要集中在前几个特定的IMF,对相应的IMF进行滤波处理后并与其他IMF分量进行重构就可得到去噪信号,与小波去噪结果相比较,这种方法效果更好。最后把该去噪方法应用于野外实测的油膜高光谱数据去噪,实验结果表明,该方法能准确、有效地去除高光谱遥感数据的噪声。     

超临界CO2直旋混合射流破岩特性的实验研究

超临界二氧化碳(CO₂)射流破岩既能降低岩石门限压力又能有效保护储层,直旋混合射流兼具直射流和旋转射流特点可提高破岩效率,基于此提出了超临界CO₂直旋混合射流的破岩方法。为了揭示超临界CO₂直旋混合射流破岩特性,设计加工出叶轮式直旋混合射流喷嘴,通过岩石定点冲击破碎实验对比了该射流与常规水射流的破岩效果,并研究了叶轮长度、叶轮中心孔直径、混合腔长度、喷射距离、射流压力等重要参数对超临界CO₂直旋混合射流破岩效果的影响。结果表明:相同实验条件下,该射流方法的平均破岩能力比常规水射流提高了42.9%;超临界CO₂直旋混合射流破岩易出现较大体积岩屑崩落现象;随着叶轮长度、混合腔长度、喷射距离的增大破岩效果均先增强后减弱,实验条件下上述参数存在最优范围值;叶轮中心孔直径的增大会导致岩石破碎孔深度增加、直径减小;随着射流压力的升高,超临界CO₂直旋混合射流破岩效果有着较为明显的提升。研究结果可为超临界CO₂直旋混合射流破岩方法的进一步研究提供实验依据。     

修正剑桥模型在深水浅层石油钻井井壁稳定中的应用

深水浅层的压实程度低、结构薄弱,其破坏规律是深水浅层相关问题研究中的关键点之一。目前修正的剑桥模型已经应用于深水浅层的各类研究中,但是在深水浅层的井壁稳定问题中,深水浅层往往仍然被认为是理想弹塑性材料。将井眼周围地层分为3个区域:弹性区、流动区、塑性区。弹性区,地层为线弹性状态;流动区,地层服从修正的剑桥模型及小变形理论;塑性区,地层服从摩尔库伦准则。对各个区域的应力分布进行了求解,并在求解的基础上,结合超级孔隙压力建立了深水浅层的井壁稳定分析模型。通过实例运算,该井壁稳定模型的可靠性得到了验证。     

气液非混相驱替过程中的卡断机理及模拟研究

研究气液非混相驱替过程中的相界面卡断机理及其影响因素在气驱, 气水交替及泡沫驱等提高油气采收率领域具有重要意义. 本文在原始伪势格子玻尔兹曼模型的基础上, 改进流体-流体作用力格式, 添加流-固作用力, 耦合RK状态方程, 并采用精确差分方法将外力添加到LBM框架中. 通过校准模型的热力学一致性以及模拟测试界面张力, 静态平衡接触角及液相在角隅的滞留等一系列两相体系验证模型的准确性. 基于改进的伪势格子玻尔兹曼模型, 在孔-喉-孔系统中开展气液非混相驱替模拟, 结果表明: 卡断现象与驱替压差, 孔喉长度比及孔喉宽度比有关, 只有当驱替压差处于一定范围内时, 气液两相驱替过程中才会发生卡断现象; 当驱替压差大于临界驱替压差上限时, 即使达到了经典静态准则所预测的卡断条件, 卡断也会被抑制; 当驱替压差小于临界驱替压差下限时, 无法克服毛管“钉扎”作用, 形成无效驱替. 对于固定孔喉宽度比的孔-喉-孔结构, 随着孔喉长度比的增大, 发生卡断现象的驱替压差范围增大; 对于固定孔喉长度比的孔-喉-孔结构, 随着孔喉宽度比的减小, 发生卡断现象的驱替压差范围增大.      

不同种类岩石的太赫兹光谱特征研究

准确认识不同种类的岩石特征对地质构造、结构与年代的判断至关重要。常规光学显微手段虽然可以对岩石的颜色与表面形貌进行直接观测,但是对岩石种类的判断往往凭靠经验,一些颜色相近的矿物容易混淆,所得结果并不准确。光谱方法能够在不同频段给出样品的多个光学参数信息,通过建立光学参数与样品自身物性的联系,可以从多个维度确定样品的性质,从而有望实现对不同矿物成分与含量定性、定量评价。太赫兹光谱具备一定的穿透能力,能够透过一定厚度的岩石,是研究岩石物理性质的合理手段。基于太赫兹光谱技术,对取自不同地区的花岗岩、灰岩、砂岩和油页岩样品进行测试,分别计算得到每个样品的等效折射率n、衰减系数a,并以a为横坐标、n为纵坐标作图,结果表明,相同岩性岩石的n与a基本呈线性相关关系,而对于不同类型的岩石,其n随a的线性变化趋势存在明显区别。进而研究了岩石中的组成、结构等信息与其太赫兹光谱响应的联系,分析了不同岩性岩石的光谱响应机制,结果表明：花岗岩与灰岩的结构较为致密,其矿物组成是影响太赫兹光谱响应的主要因素,利用太赫兹参数能够估算岩石中铁、镁元素的相对含量;砂岩的成分较为单一,太赫兹光谱响应受孔隙度的影响;而对于油页岩来说,由于有机质具有强吸收、低折射率的特点,其有机质含量越高,折射率越低,对太赫兹吸收越强。结果表明,太赫兹光谱技术有望成为岩石物理性质现有研究手段的合理补充,为其评价、分析提供新技术、新指标,有着极其光明的应用前景。     

聚合物驱试井分析叠加原理适用性的探索

建立考虑聚合物剪切变稀特性的聚驱试井数学模型,基于矩形网格和井筒周围径向加密的复合网格。采用有限体积方法求得数值解,将数值解与叠加原理得到的注聚井停注压降进行对比。结果表明：叠加原理计算得到的注聚井关井井底压力值远低于数值解,说明叠加原理不能用于聚合物驱试井解释。在实测注聚井压降资料解释中,叠加原理得到的渗透率明显偏低,进一步证明了叠加原理不适合非线性聚驱试井模型,数值方法更加适用于聚驱试井解释。研究结论适用于类似的非线性试井问题。