基于“三箱”方法的油藏多孔介质热流耦合计算模型

在稠油开采过程中,随着热流体的注入和油气的采出,油藏多孔介质内部的渗流场、温度场和应力场等重新分布,同时油藏多孔介质的物性参数发生变化,稠油热采是一个典型的热流固多场耦合作用过程。由于油藏多孔介质内部结构变化多样,精确描述和分析困难,目前多场耦合相关机理模型研究针对特定条件,具有一定的局限性。本文针对油藏多孔介质,提出了热流耦合计算的"三箱"分析模型,即不涉及REV(表征单元体,representative volumetric element,简称REV)内部构成的"黑箱"分析法、对REV内部进行适当简化的"灰箱"分析法,以及对REV内部进行详细分析的"白箱"分析法。利用所建模型,基于油藏多孔介质的一些典型数据,进行了耦合计算和分析,得到了一些有意义的结果。     

热采耦合数学模型定量化研究及数值模拟

针对稠油油藏开发过程的薄弱环节,提出了油藏热质传递过程的黑箱分析法和白箱分析法,建立了包含蒸汽相的稠油热采耦合黑箱模型和白箱模型,使得储层温度场模型得以完整化和系统化。应用CMG软件进行数值模拟,验证了所建数学模型的合理性,并得到了孔隙度对油藏温度的影响关系。最后,对油藏热流体的指进现象进行了机理分析,并总结了热流体指进现象的产生范围。     

基于多尺度量纲统一原则的油藏孔隙分形输运特性研究

油藏孔隙分布具有分形特征,如何将分形描述方法应用到油藏多孔介质内流体的输运特性研究过程中,目前的研究方法存在一定局限,主要是没有考虑量纲统一原则和尺度效应等。本文基于量纲统一原则,利用分形描述方法,对油藏多孔介质内输运过程渗透率和渗流流量进行了推导,得到了输运特性参数的单位尺度转换系数,据此可以实现基于微观分形特征描述来分析宏观输运过程。本文建立的分形输运描述方程能够实现不同尺度层级间的转换,得到的宏观特性参数结果更接近实测值。基于本文所建模型,利用某油藏数据进行了分析验证,得到了输运流量及渗透率变化规律与实际油藏的分布规律吻合。     

稠油油藏蒸汽-泡沫驱油数值模拟方法

以室内实验和矿场试验结果为基础,对稠油油藏蒸汽 泡沫驱的渗流机理及所涉及的物理化学现象进行了研究,在常规热采模型的基础上,结合蒸汽泡沫驱数学模型,建立了考虑蒸汽泡沫驱的新热采模型,拓展了热采模型的应用范围.模型中考虑了表活剂浓度、非凝析性气体含量、地层非均质性等影响因素.针对辽河高升油田高二、三区高3456井组油层埋藏较深、油层有效厚度较大的特点,对蒸汽泡沫复合驱进行了数值模拟研究,分析了其敏感因素及其可行性,并对蒸汽泡沫复合驱提高厚层稠油油藏的采收率机理进行了探讨.     

裂缝性应力敏感油藏流固耦合的数值模拟

以裂缝各向异性全张量渗透率动态耦合渗流模型为基础,建立三维三相裂缝各向异性特低渗透油藏流固耦合数学模型,并运用模块化显示耦合迭代求解建立流固耦合渗流数值模拟方法,编制耦合求解程序.研究表明:对于裂缝性油藏,随着油藏开采过程中压力的变化,岩石变形和储层介质的各向异性应变特性使开发过程中多组裂缝的变形程度不同,引起裂缝渗透率的非线性变化,进而使油藏裂缝渗透率张量主值发生旋转,改变液流方向、影响油藏开发效果.     

多孔介质内泡沫渗流过程入口效应的数值研究

本文利用随机泡沫数目守恒模型对均质多孔介质内泡沫液渗流过程的入口效应进行了数值研究。随机泡沫数目守恒模型仅利用两个参数:泡沫生成速率Kg与最大泡沫个数n_∞,来描述多孔介质内非稳态驱替过程中泡沫的生成和发展。采用IMPES方法对二维介质内泡沫两相渗流过程的控制方程组进行求解,基于驱替过程中液相压力、液相饱和度及气泡密度分布等参数的分析,对泡沫驱替过程的入口效应进行了详细研究。结果发现,增大泡沫生成速率Kg,泡沫渗流过程的入口效应减小;而增大参数n_∞,虽可提高驱替压差,但对多孔介质入口段各参数的分布规律影响不大。     

随机四参数法生成多孔介质及渗流模拟

本文基于多孔介质内流动的广泛应用背景,模拟了多孔介质渗流.采用随机四参数生长法生成了多孔介质模型,并对模型中的微小固相进行了过滤处理,将随机四参数生长法生成的多孔介质结合格子玻尔兹曼方法D2Q9模型模拟了压力驱动的多孔介质中的渗流.通过将模拟结果与著名的CK理论公式的计算结果进行比较,发现在孔隙率高时误差较小(cp=0...     

堆积床内甲烷/空气预混燃烧的理论分析

在多孔介质内组织预混燃烧,燃气与多孔介质有强烈的换热作用,燃烧过程伴随着化学反应和热输运的强烈耦合。本文以惰性氧化铝球堆积床内的甲烷/空气预混燃烧为例,提出解析模型,对燃烧过程进行理论分析,给出温度分布的解析解,发现了超绝热火焰温度燃烧现象。     

基于REV的保温多孔材料传热“三箱”分析模型

保温材料广泛应用于建筑中的制冷与空调等领域,保温多孔介质材料的内部结构复杂无规律且孔隙分布具有不确定性,热质传递作用机理复杂多变,目前的分析方法和研究模型普适性差,对一些微观热质传递机理问题尚未提出解决方法。本文基于表征体元REV,建立了保温多孔介质材料传热计算"三箱"分析模型。利用"三箱"模型对保温多孔介质材料传热过程进行分析,并给出各模型下多孔介质导热系数计算公式。基于保温多孔介质材料传热计算"三箱"分析模型,对不同孔隙率、孔隙通道分布系数和迂曲度的硅酸钙材料进行了计算和模拟并研究了其对保温多孔介质材料导热系数的影响,总结出其变化规律。本文所做工作,不仅为保温多孔介质材料传热分析研究提供了新模型与新方法,在其他类型多孔材料研究中也有借鉴意义。     

用格子玻尔兹曼方法研究流动-反应耦合的非线性渗流问题

根据格子玻尔兹曼计算技术以及相应渗流理论，对多孔介质内流动-反应(矿物介质的溶解等)耦合这一非线性渗流问题进行了数值研究，计算结果与解析解基本符合.数字图像重构技术反映的结果表明流体流动和反应之间可以发生强烈的耦合和反耦合作用，同时可以形成条带结构这一自组织现象，与实验和其他理论分析结果符合也很好. 关键词： 非线性渗流 耦合反应 数值模型     

随机多孔介质的蒙特卡罗重构与渗流特性模拟

根据多孔介质微观结构的分形尺度标度特征,采用蒙特卡罗方法分别重构随机多孔介质的微观颗粒和孔隙结构,并基于分形毛管束模型研究多尺度多孔介质的气体渗流特性,建立多孔介质微观结构和宏观渗流特性的定量关系。结果表明：分形蒙特卡罗重构的多孔介质微细结构接近真实介质结构,气体渗流特性的计算结果与格子玻尔兹曼模拟数据较为吻合; 多孔介质气体渗透率随着克努森数的增加而增大,孔隙分形维数对于气体渗流的微尺度效应具有显著影响,而迂曲度分形维数对于表观渗透率和固有渗透率的比值影响可以忽略。提出的分形蒙特卡罗方法具有收敛速度快且计算误差与维数无关的优点,有利于深入理解多尺度多孔介质的渗流机理。     

多孔介质对流干燥降速段热质传递规律的研究

文献［１］提出的耦合等效扩散模型成功地反映了多孔介质在升速段和恒速段热质传递的规律。对于恒速段终了后的降速段，由于多孔介质内部热质传递现象的复杂性，文献［１］中的分析还有待引伸。本文采用同一模型的基本思路，将其引伸到降速段。过程特点的分析提供了干区起始点的判定方法。按过程特点进行的数值计算与实验结果满意地相符。     

多孔介质快速干燥过程中热质耦合效应的研究

本文针对一维多孔介质的第一类边界条件,对高强度快速干燥条件下热质交换的普遍微分方程组进行求解。研究了高强度快速干燥过程中多孔介质内部传热传质之间的相互耦合现象以及初始边界条件的变化对热质传递的影响,为多孔介质内部温度场和湿度场的控制奠定理论基础。     

多孔介质中超临界水渗流压降特性研究

流体在临界点附近参数区域,其黏性系数、比热容、导热系数、密度等热物理性质都会发生剧烈变化,因此超临界流体在多孔介质中的渗流特性较为复杂,常规流体多孔渗流压降特性规律能否适用有待于验证。以超临界水煤气化技术为代表的一系列高新技术的发展对多孔介质中超临流体的渗流特性的认识提出了更高的要求。本文考察了典型操作参数(温度300~450℃,压力22.7~25 MPa,流量0.8~3 kg.h~(-1))对多孔介质中超临界水渗流压降特性的影响。研究结果表明:Ergun公式在估算多孔介质中超临界水渗流压降的过程,黏性项被高估,惯性项被低估。本工作有望为超临界水煤气化技术中超临界水流化床的设计提供依据。     

裂缝性油藏水平井产能计算方法

根据裂缝性油藏水平井渗流特征,将渗流区域等效为近井区域和远井区域.远井区域视为连续均匀介质.在近井区域,基于势叠加、镜像反映原理和微元线汇思想,建立考虑天然裂缝和水平井生产段共同渗流的耦合模型.组合两个流动区域得到裂缝性油藏水平井产能评价模型,并进行求解.实例计算结果表明,由于考虑了裂缝之间的干扰,用建立的模型计算的水平井产能小于用理论公式计算的水平井的产能,与实际产能比较接近;随着裂缝密度增加,产量逐渐增加,但增加的幅度降低.     

具有树形流道双孔隙率多孔介质渗流特性研究

设计具有合适孔道结构的吸附剂能有效提高吸附过程的效率。本文根据构形理论将树形流道嵌入到多孔介质基质中,构建了高渗透率的双孔隙率多孔介质。计算了树形流道内的无量纲压降分布、流道体积分数和渗透率随分叉级数的变化趋势。并利用双孔隙率多孔介质渗流模型计算了该多孔介质的有效渗透率。与并列直管道相比,树形流道在较大的分叉级数下具有更小的压降;树形流道的嵌入能够有效提高多孔介质的有效渗透率。     

多孔介质通道的分形随机行走描述

多孔介质中的输运过程,如导热、渗流过程,关注的是热量从高温壁面穿过介质到达低温壁面、流体从多孔介质的边界沿孔隙流到另外一端的过程。此类现象可归结为载流子在多孔介质通道(基质或孔隙)中沿外部势差方向的运动过程。多孔介质通道具有分形特征,可以采用分形维数来描述其通道的通透性。本文基于现象的相似性特征,提出并发展了粒子在多孔介质中的方向随机行走模型,用粒子在基质中的方向随机行走过程来模拟真实的热流传输过程;根据分形统计规律得到粒子方向随机行走分形谱维数,并用其描述基质结构的连通性和方向性。研究结果表明,在孔隙率相同情况下,粒子在基质中的方向随机行走分形谱维数与有效导热系数大小有相同的变化趋势。     

前沿领域综述–多孔介质强制对流换热研究进展

多孔介质的强制对流换热主要涉及渗流、对流换热、热弥散和热辐射等方面的内容, 文中对这个几个方面的国内外研究进展和发展趋势进行了逐一综述. 同时对主要理论模型、实验研究和经验关联式进行了分类整理, 总结了它们的特点、适用范围和局限性, 并对主要研究成果进行了对比分析, 指出了将来进一步研究的方向和难点所在. 而且通过简化计算得到高温多孔介质冷却过程何时需要考虑辐射换热. 所有这些对多孔介质的理论研究和工程应用都具有指导性的意义. 关键词： 多孔介质 对流换热 渗流 热弥散     

面向渗流力学应用特征的预条件方法

渗流力学模型由多个偏微分方程非线性耦合而成。在不同的应用问题中,渗流力学问题的特性并不完全相同,相应的求解方法也不相同。本文以油气藏开发中的典型数学模型为例,介绍多孔介质中的多相多组分渗流力学方程的数学形式、应用特征以及其离散线性方程组的高效求解方法,特别是一些常用的预条件方法。此外,对标准算例进行适当的修改,对部分预条件方法的共享内存并行效率进行了测试。     

封闭管道中热耦合效应对激光传输的影响

建立了封闭竖直管道热耦合效应物理模型,采用流固耦合方法,数值模拟了封闭管道中介质气体、光学玻璃之间的热相互作用造成流场分布的变化,研究了热耦合作用对近场波前相差和远场光束质量的影响。数值模拟结果表明,光束质量可以由封闭管道内介质气体温度分布来决定,气体在管道内流动改变温度分布,使得相差分布不断变化,造成远场光束质量的振荡起伏;光学镜与介质气体热相互作用对流场分布有较大影响,尤其是竖直管道底部的光学镜对激光束远场光束质量影响明显。热耦合效应放大了光束质量的变化:当介质模型中光束质量变差,热耦合模型中热耦合效应使光束质量变得更差;当介质模型中光束质量变好,耦合模型中的热耦合作用使光束质量变得更好,即光束质量随着流场分布的变化而振荡。