塔河碳酸盐岩缝洞型油藏水动力学模拟新方法

塔河碳酸盐岩缝洞型油藏,其储集空间以溶洞为主,裂缝作为主要的沟通通道,具有网络状油藏的特征.基于管流理论,建立了一种新的水动力学等效模型,通过分析缝洞之间相互关系及油水在缝洞系统中的分布对流动规律的影响,研究流体在裂缝、溶洞介质中的流动特征,揭示储集体内流体的流动规律.根据地质研究成果,构造典型生产井的水动力学等效模型,利用本模拟方法对网络状油藏开采机理进行了分析,验证了本模拟方法的有效性和合理性.     

缝洞型油藏流体流动数学模型及应用进展

缝洞型碳酸盐岩储层由于储集空间多样、非均质性强,流体流动规律复杂,使得常规的连续介质模型及相应的油藏数值模拟和试井研究方法不能完全适用.从储层介质和流体流动的角度,结合油藏数值模拟和试井分析方面的研究现状,回顾了当前此类油藏流体流动数学模型及应用的现状和发展趋势;系统论述了从等效的双重介质方法、三重介质方法,推广的多重介质方法,到非连续介质方法,再到连续介质和非连续介质结合的方法的适用条件和优缺点;指出双重介质、三重介质及推广的多重介质模型是目前研究和应用的主流,但是存在大的、分布相对不连续的溶洞、裂缝时,需要结合非连续介质场理论的离散裂隙网络模型,并考虑缝洞型油藏中溶洞内流体的真实运动规律,这方面的研究和应用还很不成熟.     

油水两相流Darcy-Stokes模型

塔河油田缝洞型油藏的溶洞可分为微小溶洞溶孔和大溶洞,部分大溶洞未被充填,未充填的大溶洞内部不存在多孔介质,流体流动属于自由流动,流动规律符合Navier-Stokes方程,油藏存在自由流动区和渗流区,流动规律符合Darcy-Stokes耦合模型.针对塔河油田的流体特征,将现有的用来描述单相不可压缩流体流动的Darcy-Stokes模型扩展到油水两相的微可压缩流体,并根据未充填溶洞内压力差异小这一特征,对油水动量守恒方程进行简化,所得到的动量守恒方程在形式上与不可压缩流体的相同,但流体密度和粘度仍然是关于压力的函数.模型中引入了Beavers-Joseph-Saffman边界条件,并将该条件扩展到两相流.将Darcy-Stokes模型应用于数值试井,结果表明,尽管采用双重介质渗流模型和Navier-Stokes模型都可以得到很好的拟合效果,但是后者的解释成果更接近三维地震解释所预测的地质模型.     

水流作用下填埋场开裂黏土衬垫数值仿真计算

针对垃圾填埋场压实黏土封场系统在干旱与半干旱地区出现的干燥开裂的问题,基于流体动力学流动方程,建立了多孔介质不连续裂缝中水流流动数学模型,采用COMSOL模拟开裂黏土水渗流规律。数值模拟计算结果表明,流体的压强所出现的最大值和最小值分别出现在入口和出口的边缘处,流体在裂缝中流速较大的区域主要分布在水流的入口和出口处的边缘,越靠近裂缝的两端,裂缝中的流体的运动状态与基质中的流动状态差异性越大。     

轴流管壳式换热器壳侧流体进/出口分布挡板的理论研究

大型、超大型壳程轴流管壳式换热器壳侧流体的流动分布不均严重影响着换热器的整体传热性能,而在壳侧入口和出口位置安装流体分布挡板是解决这一问题的方法之一.文中从流体分布挡板的影响参数入手,从理论上推导了挡板的开孔率与各种结构参数之间的数学模型,并且推导出优化的挡板设计参数方程,为壳侧流体的实验研究与数值研究提供了参考与方向.     

水平井非平行界面缝洞型储层的双侧向测井响应特性

由于不整合面和断层等的存在,往往使得缝洞型储层出现界面不平行,而这种非平行界面会使得双侧向响应存在误差。采用三维有限元法对缝洞型储层进行模拟,研究了上界面倾角、溶洞距测井仪器中心的距离、溶洞大小,溶洞内流体电阻率、垂直裂缝张开度,垂直裂缝内流体电阻率对双侧向测井响应的影响。结果表明,在水平井中,上界面倾角越大,对双侧向响应影响越大;在水平井非平行界面中,溶洞大小和溶洞距测井仪器中心的距离对双侧向响应影响较大,而溶洞内流体电阻率、裂缝张开度和裂缝流体电阻率对双侧向测井响应影响较小。该研究对水平井非平行界面缝洞型储层的测井解释提供一定的理论依据。     

考虑固液范德华力作用的微圆管流动数学模型

细小孔隙喉道下流体流动呈非线性流动,达西定律不适用,非线性流动的机理认识不清.在现有微尺度流动实验和理论基础上,分析影响多孔介质中流体流动的微观力种类和作用范围及对流动的影响,建立考虑固液间范德华力的圆管流动数学模型.结果表明:对比泊肃叶流动下的速度分布和平均流量,随着微管尺寸的减小,固液间的范德华力作用增大,流体在微管内的流动规律影响也增大,因此固液间范德华力作用在细小孔隙流动中不可忽略.     

正交裂缝网络单相流动实验和数值模拟

为了研究正交裂缝网络模型中单相流体渗流运动特征,利用缝洞介质物理模拟实验装置进行了一系列单相流动实验.根据实验数据拟合得到了临界速度的经验关系式,给出了用临界速度确定破坏油田井壁线性规律时极限产量的方法,基于等效思路用有限元方法对非线性渗流进行了数值模拟.研究表明:低渗流速度下裂缝网络模型中渗流服从线性渗流规律,随着渗流速度不断增大,渗流曲线向压力梯度轴弯曲,呈现非线性渗流特征;渗透率与垂直裂缝密度的对数成线性关系;临界速度随垂直裂缝数增加而增大;非线性渗流的数值模拟结果与实验数据拟合较好,相对误差小于4.93%.流体在井底附近地带运动时能产生使线性渗流规律受到破坏的强惯性阻力.     

宾汉流体在环空中温度分布规律研究

在钻井及采油工艺中许多流体表现为非牛顿宾汉流体特性,在现场施工中其流动换热特性将直接影响到井底参数的确定.从流体动量方程和能量方程出发,结合宾汉流体的本构方程,建立了宾汉流体环空中流动和换热充分发展时的控制方程组,并在恒壁温边界条件下对方程组进行了求解.得到了宾汉流体在环空中的温度分布规律.结果表明,宾汉流体截面上的温度分布与速度分布近似;等速核内温度随着压力梯度的增加而增加,随着屈服应力的增加而减小,随着视粘度的增加而增加;但等速核内的温度并不相等.     

流体在矩形通道中作层流流动时的规律

平行壁面是环形通道当内圆半径趋于无限大时的极限情况,流体在矩形通道中流动时所受的内摩擦力或压降是流体在两个平行壁面间流动时产生的内摩擦力或压降的叠加,从以上结果出发推导出矩形通道截面上速度分布公式和摩擦系数式中M的数值。     

纤维冷却场内高温高速气粒两相射流的数值模拟

对燃烧室喷出的射入通道内的高温高速两相流进行了数值模拟。建立了考虑辐射及射流周围空间具有一定速度的气粒两相射流的数学模型和物理模型。利用积分方法求解了高温高速射流的速度分布和流量分布。利用网格离散的数值算法求解了温度分布。同时给出了颗粒相的浓度分布规律。计算结果在定性分析上是合理的。     

袋式除尘器气流分布均匀性测试与数值模拟

利用实验及基于多孔介质模型的数值模拟方法分别对不同进风形式、不同入口风速条件下袋式除尘器各布袋的气流分布及阻力特性进行测试和数值计算,得到不同进风形式下袋式除尘器的流量分配系数、除尘器内的速度场、压力场及压力损失;将计算结果和测试结果进行对比,结果表明:基于实验测试选择合理的多孔跳跃介质参数,数值模拟所得结果和实验具有很好的一致性,压损误差值在2%以内;进风方式对袋式除尘器的气流分布及压力损失产生较大影响,进口位于袋式除尘器下部时,通过各布袋的流量分配更加均匀,其综合流量不均幅值仅为0.025 2,远远小于进口位于除尘器的中部和上部时的值;袋式除尘器的压力损失随进口位置的升高而增加,在入口风速为15.26 m/s时,下进口位置袋式除尘器阻力比上进风阻力低40 Pa,减幅达10%左右。     

跨音压气机转子多目标气动优化设计

采用基于雷诺平均N-S方程的全三维流场模拟程序和基于多目标遗传算法的数值优化程序,对跨音压气机转子NASA Rotor37进行了优化设计。对所开发的三维N-S方程求解程序进行了实验验证,完善了多目标遗传算法与响应面方法相结合的具有全局寻优能力的优化程序,以总压比和绝热效率最大为设计目标,应用该优化方法对NASA Rotor37进行考虑中弧线和厚度分布的多目标气动优化设计。结果表明:在满足流量约束的条件下,绝热效率提高了0.7%,总压比提高了0.66%,并且优化设计时间大幅减小。     

基于STL的三维网格剖分研究

在对铸件的充型与凝固过程进行数值模拟解析时,为了对连续的计算域进行数值计算,首先必须对计算域进行离散化处理,即网格剖分处理.在对STL文件作出介绍后,重点阐述三维网格剖分的原理,接着分析了剖分中需注意的几个问题,最后总结出了网格剖分程序流程.     

90°方截面弯管的湍流计算

对 90°方截面弯管内的湍流流动进行了数值模拟计算 .由数值模拟计算结果 ,可以清晰地看到二次流在弯管内的形成与发展过程 ,与Humphrey的实验结果相比较 ,计算结果令人满意 ,表明以可实现性k -ε方程模型解决这样的问题可获得满意的结果     

酸液三维流动反应数值计算模型研究

酸浓度分析计算是酸压模拟设计的重要内容,传统的酸岩反应模型都是基于酸液的一维流动,认为酸液在裂缝中段塞式地推进,忽略了裂缝高度方向酸液流动及地层重向非均质等因素引起的酸岩纵向反应速度的变化。酸压裂缝的高度延伸过程中必然导致酸液的纵向流动,推导了了考虑酸液压裂缝中纵向流动反应的三维酸岩反应数值模型,该模型能模拟酸液在裂缝流动过程中沿裂缝长度,宽度及高度方向的浓度变化,比传统酸浓度计算模型具有更好的适应性。     

波状板上流动的数值分析

本文对波状板上的势流和层流运动进行了计算分析。对于势流场分别采用了理论解析法及有限解析(FA)法,两者的结果尚能较好地吻合。对于层流运动主要进行了数值分析。计算中应用了仿边界坐标变换及更加完善的FA法。成果表明当波高与波长之比α/λ值较小时势流与层流的壁压分布图差别不大,与此相反,当α/λ值较大时两者差别甚大,且仅在层流流场中出现了大的分离区。     

弹尾翼稳定装置的气体动力学分析

以尾翼稳定装置的弹丸在发射时尾翼结构发生变形和破坏导致机械故障为背景,在FLUENT软件平台下,建立前张后折式尾翼稳定装置的某155mm炮弹经过炮口制退器的三维动网格计算模型,对尾翼装置在膛口流场中所受的气体动力学载荷进行分析。数值模拟的结果反映了尾翼装置在带膛口装置流场中受到的气体动力学载荷的分布特征及大小。计算得到的结果与试验所测的结果吻合较好,表明数值计算方法合理可行。数值模拟的结果为尾翼装置在设计过程中确定气体动力学载荷和效应的大小,以及研究降低载荷的方法提供了理论依据。     

特殊地层井壁破裂粘弹性数值模拟研究

介绍了特殊地层条件下井壁破裂机理的研究现状,以井壁竖直附加力学说为基础,针对底部含水层疏水排放引起的地面沉降、井壁破裂问题,建立了包括井壁在内的粘弹性数学模型;同时对３个不同的含水层的数值模拟过程做了简单介绍;最后以工程实测水位降深历时曲线与模型计算曲线相对比来说明文中所建模型是可行的．     

特殊地层井壁破裂粘弹性数值模拟研究

介绍了特殊地层条件下井壁破裂机理的研究现状,以井壁竖直附加力学说为基础,针对底部含水层疏水排放引起的地面沉降、井壁破裂问题,建立了包括井壁在内的粘弹性数学模型;同时对3个不同的含水层的数值模拟过程做了简单介绍;最后以工程实测水位降深历时曲线与模型计算曲线相对比来说明文中所建模型是可行的.