低渗透多孔介质中的非线性渗流理论

文中论述了低渗透性多孔介质中非线性渗流理论的几个问题,阐明了渗流流体的性质,指出了多孔介质对流体通过的选择性,提出了新的非线性渗流方程,用实验资料对其进行了验证,分析了该方程演变功能,表明它可以描述各种渗流规律.该方程的各项参数都可从实验中直接得到,应用方便,并且参数的物理意义明确.     

低渗透油藏非线性两相渗流研究

根据岩心实验提出了两参数的非线性渗流方程,并在此基础上结合Buckly-Leverett方程建立了非线性非混相驱替方程. 通过对该方程求解分析可知,与线性达西渗流相比,非线性渗流的驱油相率较差;同一含水饱和度下的含水率更高;而储层中各点的压力梯度更大,导致所需注采压差更大. 说明有效的开发低渗透油藏需要比中高渗油藏更小的井距和更高的注采压力体系.     

超临界CO2在低渗透煤层中渗流规律的实验研究

利用自主研发的THM三场耦合渗流实验系统,进行不同孔隙压力和温度条件下的超临界CO2在低渗透煤层中的渗流实验,得出不同温度下流速和压力梯度之间的关系,从而得到了低渗透煤层注入超临界CO2的非达西渗流规律,即流速与压力梯度变化规律呈现正指数关系.随着压力梯度的增大,渗透系数也不断的增大,且呈现正指数关系;在同一体积应力和压力梯度的条件下,温度越高,流速越快;温度在临界点附近,流速和渗透系数增加很快.     

基于渗透率连续变化的低渗透多孔介质非线性渗流模型

基于低渗透多孔介质渗透率的渐变理论,确定了能精确描述低渗透多孔介质渗流特征的非线性运动方程,并通过实验数据拟合．验证了非线性运动方程的有效性。非线性渗流速度关于压力梯度具有连续-阶导数,方便于工程计算;由此建立了低渗透多孔介质的单相非线性径向渗流数学模型,并巧妙采用高效的Douglas-Jones预估一校正有限差分方法求得了其数值解。数值结果分析表明：非线性渗流模型为介于拟线性渗流模型和达西渗流模型之间的一种中间模型或理想模型,非线性渗流模型和拟线性渗流模型均存在动边界;拟线性渗流高估了启动压力梯度的影响,使得动边界的移动速度比实际情况慢得多;非线性越强,地层压力下降的范围越小,地层压力梯度越陡峭,影响地层压力的敏感性减弱,而影响地层压力梯度的敏感性增强。     

过渡区气体微尺度流动的格子Boltzmann模拟

采用格子Boltzmann方法(LBM)对过渡区内的微尺度气体流动进行了模拟研究. 在已有滑移区微流动LBM模型中引入Knudsen层速度修正,选取合适的修正函数表达式并依据动理论确定了可调参数的合理取值. 在边界条件的处理格式上,采用了适合过渡区模拟的高阶滑移边界的替代格式来捕捉过渡区微流动的滑移速度,避免了直接求解高阶速度导数项的数值困难. 通过对两类不同的微流动进行模拟的结果表明:与数值解吻合得较好,尤其是对Kn>0.5微流动滑移速度的预测,与已有LBM的模拟结果相比有明显的提高.      

双重孔隙介质非线性流固耦合渗流

本文给出了考虑双孔双渗介质弹性变形的流固耦合渗流模型。不仅考虑了固结对渗流的影响,同时也考虑了固体变形对渗流参数(孔隙度和渗透率)的影响。这样,渗流就成了双孔双渗介质中非线性流固耦合渗流。在此基础上,本文还推导了双重孔隙介质非线性流固耦合渗流有限元计算格式,编制了计算机程序,并可模拟单孔隙,双重孔隙,常系数线性和变系数非线性等流固耦合渗流计算。给出了算例并作了对比。结果表明,固体变形引起的介质参数变化对流体渗流早中期过程有重要的影响,对渗流后期影响并不大。这对于石油开采有重要的参考价值。     

微尺度气体流动

了解微尺度气体流动特点是微机电系统设计和优化的基础.有关的研究可以上溯到20世纪初Knudsen的平面槽道流动质量流量的测量和Millikan的小球阻力系数的测量,实验结果揭示了稀薄气体效应即尺度效应对气体运动的重要影响.由于流动特征长度很小,微尺度气流经常处于滑流区甚至过渡领域,流动的相似参数为Knudsen数和Mach数.因此可以考虑利用相似准则,通过增大几何尺寸、减小压力的途径,解决微机电系统实验观测遇到的困难.为解决直接模拟Monte Carlo方法分析微机电系统中低速稀薄气流遇到的统计涨落困难,我们提出了信息保存法(IP),该方法能够有效克服统计散布,并已成功用于多种微尺度气流.      

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。     

论岩体的渗透特性

从岩体结构的控渗作用出发, 可将岩体的渗流介质划分为多孔介质、准多孔介质、面状流不连续介质及脉状流不连续介质四类;论述了岩体复杂的渗透特性, 包括渗流的不均匀性、各向异性、非饱和性及渗流与变形的耦合等问题。文中还对岩体渗流分析的技术思路进行了讨论。     

裂缝性碳酸盐岩油气藏渗流机理研究进展

为了阐明在非等温条件下多孔介质中气-水两相动态驱替特征, 使用一种基于Navier-Stokes方程、Cahn-Hilliard方程耦合下的两相流数值方法, 与表面张力模型、传热模型相结合, 完成了对流体动力学和传热的定量计算, 同时利用表征真实孔隙特征下的非均质模型, 实现了多孔介质内非等温热-流耦合下两相流动过程的精准表征. 通过求解Cahn-Hilliard方程精准模拟相分离的演化特征, 利用Navier-Stokes方程完成对流体速度及压力的相关计算, 结合传热方程获取各个时刻的温度分布; 联合流动耦合和温度耦合的节点, 实现质量、动量及能量方面的全耦合; 算法使用自适应网格法, 使网格点分布始终与物理解耦合, 提高了解的高精度性. 研究表明: 大孔中流体压力变化态势平稳, 孔喉狭窄处流体速度较大且波动剧烈; 注气压力增加, 气体突破时间缩短, 温度的热传导速率加快, 驱替效率在气体突破后呈下降趋势; 注气压力较高会加剧水对气体流动能力的干扰, 当注气压差满足气相可进入细小孔隙, 同时受流动干扰相对较小时, 驱水效果最好.

     

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

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

非牛顿流体在非均质油藏渗流压力场实验

在非均质油藏模型上进行非牛顿流体流动物理模拟实验,对比研究水驱、聚合物驱和交联聚合物对提高石油采收率的影响．通过布置高精度的压差传感器测量不同驱替过程模型中的渗流压力场的动态变化,成胶后的交联聚合物封堵了高渗条区,改变了油藏内流体流动方向,驱替出低渗区内油,提高了采收率．     

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.     

对饱和多孔介质波动问题中本构关系的探讨

依据连续介质力学的混合物理论，讨论了饱和多孔介质的波动一般方程。其中考虑了质量耦合、初始压力及其浮力效应等。对于澄清这一研究课题中的某些基本概念，以及完善其理论体系具有重要意义。）其中ｖ￣（２）为速度涨落，于是单位体积内流相的动能为：因此将流相动能的涨落Ｋ￣（２）归于自由能更自然些。又因为当：ｖ￣（２＊）≡ｖ￣１时，即Δｖ＝ｖ￣１－ｖ￣２＝０时ｖ￣（２）＝０，此时Ｋ￣（２）＝０而且显然Ｋ￣（２）随着Δｖ·Δｖ的增大而增大，一个简单的近似是令Ｋ￣（２）＝ρ·Δｖ＿ｋ·Δｖ＿ｋ并且是常数。由此可导出表现质量力。由自由能的非负性质知，所以有．由（４．１３ａ）很容易推出质量密度矩阵的对称性和正定性。参考文献     

液饱和多孔介质中三维应力波的传播

为了深入研究液饱和多孔介质中应力波的传播，提出了三维两相细观计算模型．基于此模型。应用Galerkin余量法并计及流-固耦合界面的耦合效应，利用直接耦合的技术，开发了三维流-固混合显式动力有限元计算程序．在此基础上对冲击载荷作用下液饱和多孔介质中三维应力波的传播现象进行了数值模拟，并详细讨论了孔隙率，孔隙形状等因素对应力波传播主导波形的影响．     

NUMERICAL METHOD FOR THREE-DIMENSIONAL NONLINEAR CONVECTION-DOMINATED PROBLEM OF DYNAMICS OF FLUIDS IN POROUS MEDIA

For the three-dimensional convection-dominated problem of dynamics of fluids in porous media, the second order upwind finite difference fractional steps schemes applicable to parallel arithmetic are put forward. Fractional steps techniques are needed to convert a multi-dimensional problem into a series of successive one-dimensional problems. Some techniques, such as calculus of variations, energy method, multiplicative commutation rule of difference operators, decomposition of high order difference operators, and the theory of prior estimates are adopted. Optimal order estimates are derived to determine the error in the second order approximate solution. These methods have already been applied to the numerical simulation of migration-accumulation of oil resources and predicting the consequences of seawater intrusion and protection projects.     

饱和多孔介质耦合系统的几类变分原理

采用变积方法，建立了一组等温准静态下饱和多孔介质的六类变量的广义变分原理，在此基础上，引入约束条件得到五类变量，四类变量，三类变量和二类变量的变分原理，为建立饱和多孔介质的有限元模型提供了基础。     

考虑介质微观非均质特征的乳状液渗流模型

油水乳化渗流是三元复合驱和热力采油过程中常见的现象,地层介质的微观孔隙结构特征对乳状液流动有着重要影响.现有描述乳状液渗流的理论模型都属于确定性方法,只能反映出介质孔隙结构的体积平均效果.当介质内部微观非均质性相比其尺寸不能被忽略时,采用确定性方法描述会与实验结果存在偏差.基于连续时间随机游走理论建立了描述乳状液渗流的随机理论模型.该模型引入反映液滴微观运动特征的跃迁时间和跃迁位移两个概率分布函数来反映多孔介质微观非均质特征.研究结果表明该模型能很好地刻画实验曲线中出现的与介质尺度相关的拖尾现象,可作为更一般的过滤模型.     

孔隙材料的动态损伤与破碎的细观机理

本文采用动态微孔生长的Ｃ－Ｈ－Ｊ模型分析了孔隙材料动态损伤的细观机理。利用Ｇｒａｄｙ对动态破碎的能量描述给出了延性动态破碎的细观解释。此外，本文考察了应变率效应及应变强化效应（加工硬化）对动态延性损伤的影响，数值结果表明，应变强化与应变率效应相比其影响可忽略不计。     

PREDICTION OF FILLING TIMES OF POROUS CAVITIES

A recently proposed implicit scheme for tracking the filling front during liquid impregnation into porous moulds is extended to provide ‘one-shot’ predictions for the time to completely fill the mould and the location of the last point to fill. With general boundary conditions applied at the filling gates, it is shown that the time to fill and the location of the last point to fill can be predicted on solving, at most, two linear systems of equations (of size determined by the spatial discretization). This result is confirmed by numerical filling experiments that show, for a variety of mould cavities, that ‘one-shot’ solutions agree exactly with filling time and location predictions obtained with multi-time- step simulations.