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.     

考虑固液界面作用的聚合物驱动态网络模型

针对岩石的孔隙喉道尺寸微小,流体在孔喉内的流动规律极其复杂,在现有微尺度研究基础上,建立聚合物驱动态网络模型.该模型不同于准静态网络模型,不仅考虑黏滞力与毛管力的作用,同时还考虑岩石骨架与流体之间界面作用对流动规律的影响.模型通过模拟固液界面作用、孔喉特征参数对聚合物驱后剩余油分布的影响.结果表明:考虑固液界面作用时,含剩余油的孔隙所占比例越大,剩余油饱和度越大;孔喉比越大,含剩余油的孔隙所占比例越大,剩余油饱和度越大;配位数越大,含剩余油的孔隙所占比例越小,剩余油饱和度越小.     

体积压裂页岩油储层渗流规律及产能模型

利用岩心实验,研究页岩油储层纳微米孔喉渗流规律.基于分形理论,采用双重分维(缝宽分维和迂曲分维),对体积压裂裂缝面密度、等效渗透率等参数进行表征.页岩油储层体积压裂开发过程中,流体的流动分为椭圆缝网内渗流区和主干缝内线性渗流区2个区域,建立二区耦合稳态渗流数学模型,推导页岩油体积压裂改造储层直井产能方程,模拟计算压裂井产能及分析压裂裂缝参数对产能的影响.结果表明:缝宽分形维数越大,裂缝面密度越大,基质—裂缝等效渗透率越大;当裂缝面密度较大时,增加储层改造宽度对产能提升有较大影响;次生缝导流能力越高,提高主干缝导流能力对产能影响越大,次生缝导流能力越小,影响越小.     

凝析油临界含油饱和度定量表征新方法

为定量表征多孔介质中凝析油临界含油饱和度,建立临界流动条件下气-液-固界面发生形变时对应的凝析油膜及凝析油段塞的力学模型.基于随机分形微观孔隙网络模型,动态模拟凝析油微观分布特征,模拟多孔介质中各因素对凝析油临界含油饱和度的影响.研究表明,采用建立的新型微观网络动态模拟方法可以较准确地定量计算凝析油临界含油饱和度,模拟表征凝析油的微观分布规律.凝析油临界含油饱和度随着平均孔隙半径的增大而减小,随着分形维数的增大而增大;凝析油气界面张力对临界含油饱和度的影响趋势存在一个临界值.当界面张力小于该临界值时,随着界面张力增加凝析油临界含油饱和度大幅增加;当界面张力大于该值后,临界含油饱和度值增幅减低;毛管准数越大凝析油临界含油饱和度越小.凝析油临界含油饱和度值受静态和动态参数影响,在凝析气藏开发过程中,通过控制合理生产压差降低凝析油临界含油饱和度,对提高凝析气井产能是一种有效途径.     

应力与温度综合作用的煤岩渗透机理

为评估深部煤岩的瓦斯抽采特性,探究不同条件下煤岩渗透率演化规律,利用含瓦斯煤热-流-固耦合三轴伺服渗流装置,开展不同平均有效应力和不同孔隙压力下温度升高的三轴渗流实验.基于分形理论表征温度引起的煤岩孔裂隙扩展和滑脱因子变化情况,进一步考虑压缩变形及滑脱效应对煤岩渗透率的影响,建立应力与温度综合作用的煤岩分形渗透率模型.结果表明:1)随温度升高煤岩整体具有压缩效应,渗流通道减小,渗透率先急剧下降后趋于平缓.2)在相同温度下煤岩渗透率随平均有效应力的增大逐渐减小,随孔隙压力增大先急剧减小后趋于平缓.煤岩裂隙压缩系数C_f随平均有效应力增大逐渐减小,随孔隙压力增大煤岩裂隙性系数具有相同的变化趋势.3)新建渗透率模型的计算值和实测值基本一致,其理论机理适用性及数据匹配度均优于Lu模型,该模型可以较好表征多因素影响下的煤岩渗透率演化规律.4)孔隙压力较低时,滑脱效应较为明显,且在孔隙压力升高初期考虑滑脱效应的煤岩渗透率曲线比不考虑滑脱效应的渗透率曲线更接近实验测量值.     

一类变形双重介质渗流模型解的存在性分析

以Warren-Root模型为基础,引入分形参数和压缩系数,考虑了压力对具有分形特征的渗透率和孔隙度的影响,验证了变形双重介质分形油藏非线性渗流数学模型.利用离散泛函分析方法,引入不动点原理,就该模型一般形式的差分方程探讨了其解的存在性.研究认为:分形几何理论及方法在正确认识复杂非均质油藏及应力敏感地层油气藏方面具有独到优势.     

致密油层体积压裂非线性渗流模型及产能分析

针对致密油非线性渗流特征和储层压敏特性,建立了致密油储层体积压裂非线性渗流模型,基于树状分叉分形理论表征体积压裂复杂裂缝形态,根据致密油在体积压裂改造区内不同流动形态,划分为3个区域,推导出了致密油层体积压裂直井三区耦合产能公式,分析了变形系数、分形维数、压敏效应、改造区大小、裂缝导流能力等参数对直井产能的影响.研究结果表明:体积压裂直井产能与变形系数呈非线性递减关系,且生产压差越大,产能下降越多,下降幅度达到70%;体积压裂形成的裂缝条数越多,体积改造区等效渗透率越大;储层压裂改造体积越大,主裂缝越长,直井产能越高;主、次裂缝导流能力越大,直井产能也越高,主裂缝导流能力15~20D·cm,次生缝导流能力在6~10D·cm效果较好.     

单斜稠油油藏蒸汽驱流体界面稳定性分析

为解决蒸汽驱汽窜机理认识不深入的问题,从蒸汽驱地质物理模式出发,将制约蒸汽驱替稳定性的问题转化为汽液及液液界面稳定性问题.针对宾汉型稠油油藏,以考虑启动压力梯度的广义达西渗流理论为出发点,确定了单斜油层两类界面稳定临界压降和临界流速条件.对影响界面稳定性的诸因素进行敏感性研究.结果表明流度比、重力、热凝析带及聚集带流体启动压力梯度、井距对界面稳定性有显著影响,且对两类界面的影响程度是不同的.为矿场防止及改善汽窜已有的成功实践经验提供了理论依据.     

气力疏浚系统临界特性研究

以液-固2相临界模型为基础,结合气相含率方程建立了气-液-固3相段临界模型。计算结果表明:3相段内提升固体颗粒对应的临界液体表观流速恒小于2相段,且随临界气量值变化存在一拐点。进一步分析颗粒在水底所受压持力,建立此工况下液-固2相段临界模型,发现静压持效应极不利于颗粒的顺利“启动”。气力疏浚临界试验研究表明：输送液体对应的临界气体表观流速与颗粒尺寸及位置无关,而输送颗粒对应的临界气体表观流速却受此影响极大,由此证实了静压持效应会造成气力提升性能的恶化。     

基于非理想气体流动模拟的无烟煤纳米孔隙中CH_4流动规律

基于沁水盆地南部无烟煤纳米尺度渗流网络模型,开展了考虑滑流、扩散、气体解吸/吸附和达西流动的CH_4运移渗流物理仿真模拟,探讨了无烟煤纳米孔隙视渗透率和CH_4的微观流动形态.研究发现,渗流物理仿真模型量化了滑流、扩散以及气体性质对视渗透率的作用,受CH_4滑流和扩散的影响,无烟煤纳米孔隙的视渗透率大于达西渗透率.无烟煤纳米孔隙视渗透率与切向动量协调系数(β)、气体压力和孔径具有显著的负指数关系;Knudsen数(Kn)随气体压力降低和孔径减小,以非线性趋势增加,受其影响视渗透率表现为非线性气体压力关系;滑移系数则随β和气体压力的降低而升高.当β0.1、气体压力小于等于8 MPa时,孔径为2～50 nm的中孔和孔径为50～100 nm的大孔中的滑流和扩散作用迅速增大,对CH_4产出和煤层气开发效率至关重要.     

水在流动油介质中雾化机理的数值模拟研究

基于一种制取流体冰的新方法,对水在流动的互不相溶的油介质中的雾化机理进行了三维数值模拟,求解连续性方程和动量守恒方程并考虑重力及表面张力的影响,对压力速度耦合采用PISO(Pressure Implicit Splitting Operators)算法,利用VOF(Volum e of Flu id)方法中的PLIC(P iecew ise L inear Interface Construction)技术追踪水与油介质之间的移动界面,模拟多种情况下的流动状况,分析了水在喷口处的流速、油的入口流速以及喷口直径对于雾化水滴大小的影响.模拟结果表明,雾化形成的水滴平均直径随水在喷口处的流速增加而增大,随油的入口流速的增加而减小;喷口直径越大,水滴的平均直径越大.     

考虑渗透率张量的各向异性油藏有限元数值模拟方法

考虑完全各向异性渗透率张量,建立了混合边界各向异性油藏弹性微可压缩单相流体不稳定渗流的数学模型.根据变分原理,将压力微分方程的边值问题转化为泛函的极值问题,建立了渗流模型的有限元方程.针对典型的均质各向同性和均质各向异性渗流问题进行了模拟计算,得到油藏内压力动态分布曲线,并分析了曲线特征.与解析结果的对比表明,有限元法计算精度很高.适用于求解利用渗透率张量表征的各向异性渗流问题.为各向异性油藏的开发和精细油藏数值模拟提供了理论依据.     

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.     

低渗透油藏微乳液驱启动压力梯度研究

利用微流量计量仪,通过“压差⁃流量”法,精确测定了低渗透油藏水驱和微乳液驱的启动压力梯度,深入分析了低渗透油藏非线性渗流特征,重点研究了微乳液对低渗透油藏启动压力梯度的影响和作用机理。结果表明,低渗透油藏的“压差⁃流量”曲线是一条上凹型曲线,具有非达西渗流特征。启动压力梯度与渗透率呈乘幂关系,启动压力梯度随渗透率的减小而增大,水驱平均启动压力梯度为0.050 MPa/m,微乳液驱平均启动压力梯度为0.039 MPa/m。微乳液之所以会有效降低启动压力梯度,是因为它能够显著降低界面张力,减小了边界层的渗流阻力。微乳液界面张力越低,启动压力梯度也就越小。     

考虑相对暴露度的无粘性土临界流速计算方法探讨

研究建立了基于泥沙运动力学理论的土颗粒起动模型,在考虑相对暴露度基础上,推导了土体渗流引起内部侵蚀的临界流速计算公式。通过与试验测得临界流速值对比,发现试验值与计算值较为一致。讨论了临界流速计算值与试验值的差异和相对暴露度与临界流速关系。渗流过程中颗粒堆积,会导致颗粒运移通道阻塞,使临界流速试验值大于计算值。临界流速与土颗粒相对暴露度正相关,不同渗流方向下相对暴露度对临界流速影响程度不同,水平渗流时相对暴露度影响较大,垂直渗流时,相对暴露度对临界流速几乎没有影响。     

岩石粗糙裂隙大范围雷诺数条件下渗流特性

通过试验和理论分析,研究不同几何参数的岩石粗糙裂隙渗流的非达西系数β、临界雷诺数Re_c、非达西效应因子E等变化特性。研制裂隙渗流试验仪器,制作9个不同开度和裂隙粗糙度(joint roughness coefficient, JRC)的单裂隙模型,开展大范围雷诺数Re条件下粗糙裂隙渗流试验。根据渗流试验结果,得到了不同粗糙度(JRC=2~20)单裂隙的渗流特性,显示出粗糙度对裂隙的非线性渗流特性产生显著的影响。结合Forchheimer方程,从理论参数方面,对粗糙度的影响进行量化。研究显示:裂隙粗糙度越大,则越容易引起裂隙渗流的非线性,临界雷诺数越小,非线性作用越强。     

岩石粗糙裂隙大范围雷诺数条件下渗流特性

通过试验和理论分析,研究不同几何参数的岩石粗糙裂隙渗流的非达西系数β、临界雷诺数Re_c、非达西效应因子E等变化特性。研制裂隙渗流试验仪器,制作9个不同开度和裂隙粗糙度(joint roughness coefficient, JRC)的单裂隙模型,开展大范围雷诺数Re条件下粗糙裂隙渗流试验。根据渗流试验结果,得到了不同粗糙度(JRC=2~20)单裂隙的渗流特性,显示出粗糙度对裂隙的非线性渗流特性产生显著的影响。结合Forchheimer方程,从理论参数方面,对粗糙度的影响进行量化。研究显示:裂隙粗糙度越大,则越容易引起裂隙渗流的非线性,临界雷诺数越小,非线性作用越强。     

低渗透油藏非线性渗流数值模拟方法

建立三维三相渗流数学模型,构造该模型的有限差分离散化方法,确定考虑非线性渗流的井—网格流动方程,编制三维三相非线性渗流数值模拟软件。最后选取某油藏参数检验模拟软件的准确性。     

电场作用下裂缝介质单相渗流数值模拟

建立了电场作用下裂缝介质单相流体渗流的数学模型,设计了3个不同张开度的裂缝介质模型,采用有限元方法,通过数值模拟研究了电场强度、压力梯度及裂缝张开度对渗流速度的影响.结果表明:(1) 在一定条件下电场能有效地提高裂缝介质的渗流速度,电场强度越大,裂缝介质中渗流速度越大,在张开度为5×10~(-5)m的裂缝介质中,电场强度为450 V/m时,渗流速度可提高8.2倍;(2) 有、无电场作用时渗流速度之比随压力梯度增大呈指数衰减规律变化,压力梯度越小,电场对裂缝介质的渗流速度影响越大;(3) 在张开度小、渗透率低的裂缝介质中,电场对渗流速度的影响大.     

自然对流对界面形貌、流场和温度场的影响

为了探究固液界面形貌、界面附近流场和温度场与自然对流强度的关系,设计了实验装置,用物理模拟和数值模拟的方法,研究了自然对流强度对透明有机材料固液界面的形貌、界面附近流体速度和温度分布的影响.结果表明,自然对流使固液界面发生弯曲,界面呈不对称形状;靠近固液界面的液体以边界层的方式流动;Rayleigh数较小时,界面附近的液体温度呈线性降低;Rayleigh数较大时,远离界面的液体温度几乎是均匀的,界面处液体温度迅速降低.可见,自然对流强度是影响固液界面形貌、界面附近液体速度和温度分布的重要因素.