煤储层流固耦合渗流的数学模型

在煤层气的开采过程中, 煤体的变形与其中流体的流动是相互耦合作用的, 并且煤层气—水两相渗流是普遍现象． 因此对煤层气 水两相流固耦合渗流规律进行研究具有重要的意义． 本文假设煤体变形为弹塑性小变形, 根据弹塑性理论建立其变形方程． 根据达西定律, 给出煤层气 水两相渗流方程, 耦合关系式用实验方法给出． 本文所建立的流固耦合数学模型为进行煤层气开采的计算机模拟打下了理论基础．     

变形介质气藏渗流理论研究的发展及研究意义

变形介质气藏的开采过程是流固藕合渗流过程。常规气藏渗流理论由于没有考虑气藏开采过程中岩石骨架的变形，因此不能准确分析气藏中流体的运动状态。变形介质气藏渗流力学理论正为了解决这一问题而发展形成的。早期主要以研究储层岩石的孔隙度、渗透率与压力之间的关系为主要目的，引入有效应力概念后，建立了线弹性变形下的渗流模型，后又发展到考虑非线弹性变形和塑性变形下流固耦合渗流力学模型，到目前为止，已开始综合考虑渗流、应力和温度场三者之间的关系，并建立了相关的耦合模型。我国变形介质渗流力学理论的研究起步较晚，是在国外理论研究的基础上发展起来的，20世纪90年代以来，随着油气田开发理论的发展，许多国内学者开始对变形介质渗流力学理论进行了深入的研究，并取得了一些研究成果，对我国现阶段主要气藏的开发具有重要的指导作用。     

裂隙岩体温度-渗流耦合数值流形方法研究(研究生论坛)

在建立岩体裂隙岩体温度-渗流耦合微分控制方程的基础上,基于裂隙网络渗流理论和数值流形理论,通过分析考虑裂隙作用的温度场和流形覆盖与裂隙网络的关系,以裂隙网络节点水头、覆盖温度函数为求解量,提出了裂隙岩体温度-渗流耦合的数值流形方法。该方法利用数值流形理论中网格、覆盖及流形单元的关系,可以在同一数学网格下实现了对温度-渗流耦合场的迭代求解。由于渗流裂隙网络必定会与材料边界相交,所以数学网格不受边界及裂隙限制,能够有效的避免常规方法中裂隙处网格划分问题,因此该方法特别适合于模拟裂隙岩体的耦合问题。最后,运用该模型对部分算例进行了计算,验证了方法的正确性。     

ANSYS热分析在土坝渗流计算中的应用

于渗流场与温度场在基本理论、微分方程、初始条件和边界条件上的相似性,利用ANSYS中的温度场分析功能来分析渗流问题并给出算例。     

裂缝性砂岩油藏流—固耦合数学模型

本文考虑裂缝对砂岩油藏渗透率和岩土变形参数的影响，给出考虑裂缝影响下，油藏等效渗透率张量和等效岩土变形场参数的计算方法，从而建立油藏渗流和变形的等效连续介质模型。通过理论分析，给出渗透率与应变之间的耗合关系，建立油藏流固耦合的数学模型，并给出其计算的方法。对于认识裂缝性砂岩油藏的渗流规律有重要意义。     

油藏热流固耦合渗流问题的有限元方法

提出了一种有效实用的求解油藏热流固耦合渗流问题的数值计算方法。该方法以有限元法为主，结合有限差分法，用有限元法求解耦合温度场方程和岩石耦合变形方程，用有限差分法求解流体耦合渗流方程，发挥有限元法网格技术和单元划分灵活的特点及处理复杂的油藏边界优势，兼顾了有限差分法在流场分析方面的成熟应用，使复杂的热流固耦合数学模型得以完整求解，取得了单向有限元法或有限差分法难以取得的效果，是一种新型的油藏数值模拟方法。     

饱和多孔岩体中温度场渗流场应力场耦合分析

利用混合物理论,推导出裂隙岩体等效连续介质温度场、渗流场和应力场三场耦合的全耦合数学模型及其控制方程.采用全耦合求解法给出了控制方程的有限元表达式,编制了相应的二维有限元程序.给出的应用算例计算结果较好地反映了渗流、应力及温度场耦合作用下位移、孔隙水压力、温度的变化规律,表明了该计算模型与所开发的数值计算程序是合理和实用的.     

中国石油天然气集团公司项目“各向异性、变形介质油藏及流固偶合渗流机理研究”通过鉴定

西南石油学院负责完成的中国石油天然气集团公司项目“各向异性、变形介质油藏及流固偶合渗流机理研究”通过了由四川省科学技术厅组织的鉴定。该项目是中国石油天然气集团公司“油田开发应用基础研究”的子课题之一 ,主要针对碳酸盐岩储层存在裂缝特点而展开流体渗流规律的研究 ,突破了传统渗流理论研究的思想和方法 ;提出了考虑裂缝变形的碳酸岩储层流固耦合渗流理论 ;提出了考虑井眼周围应力与流体非达西渗流的流固耦合理论 ;提出了用分形理论来描述裂缝分布的理论及分形渗流理论 ;突破了传统连续介质场的思想 ,提出了碳酸岩储层流体渗流…     

基于高精度光纤测温的水热耦合试验

为探究城市浅层地表下的水热耦合过程和影响因素,设计高精度传感器监测室内试验平台,开展考虑温度-渗流-覆盖层的水热耦合试验,以实现分布式温度场监测。结果表明：渗流参与时土体温度场变化剧烈,渗流速率更大,升温速率可提高数十倍以上;水温越高,与土体温差越大,温度场变化越明显;不同覆盖层下土体升温过程不同,聚乙烯板下土体温度升温最慢,且低于其他材料的;土层性质相同,温度变化速率较一致,渗透性高有利于渗流与传热;减弱覆盖层渗流流动,改变渗流场,进而影响温度场分布;渗流为热能载体,扰动初始热对流状态,温度场将重新分布;温度影响渗流黏滞系数等,改变渗流场;三者耦合决定了土体温度场。     

定向渗流诱导的非对称冻结帷幕稳态温度场解析解

受水流对流传热以及冻结管热传导叠加影响,渗流场作用下人工冻结帷幕的形状具有明显的非对称性。为解决冻结帷幕形状不规则给冻结温度场计算带来的困难,以直线排布的三管冻结温度场为研究对象,采用分段等效的方法,对该类冻结帷幕的形状进行简化,基于稳态温度场的求解理论,推导得出定向渗流作用下非对称冻结帷幕稳态温度场解析解以及冻结帷幕厚度、平均温度的计算公式。为了对公式的合理性进行验证,自主构建水热耦合物理模型试验系统,并开展不同流速条件下三管冻结温度场演化规律的模型试验。研究结果表明：关键轴线上冻结温度的计算值与试验结果的吻合程度较高,解析解的合理性得到模型试验的验证。冻结帷幕的交圈时间以及非对称系数随着流速的增加急剧增大。当地层中存在渗流场时,冻结温度场变化过程较为复杂,但冻结帷幕的平均温度整体仍然表现出随着冻结帷幕厚度的增加而降低的规律。本文得出的解析解能够实现对渗流场作用下人工冻结温度场较为准确的数学描述,将为大流速渗透地层人工冻结温度场的计算提供参考。     

A Comprehensive Appraisal on the Characteristics of Coal-Bed Methane Reservoir in Turpan-Hami Basin

The rich coal-bed methane resources in the Turpan-Hami Basin are mainly located in the Shisanjianfang, Hami, Shanshan, Sha'erhu, Kekeya, Kerjian, Aidinghu inclines and the Dananhu coal-bed methane reservoirs.The bigger coal-bed reservoirs are sitting at a depth of less than 1500 m.The coalbed methane generation, storage and confining conditions of the Turpan-Hami basin can be indicated by eight key parameters.They are coal-bed thickness, coal rank, missing period, permeability, Langmuir volume, rock covering ability, structural confinement and hydrodynamic sealing environment.These parameters constitute a comprehensive appraisal index system of the coal-bed methane reservoir characteristics of the Turpan-Hami basin.In these parameters, the missing period of coal-bed methane is indicated by a stratum missing intensity factor.It reflects the relative exposure period of coal series.The results of a fuzzy comprehensive judgment showed that the Shisanjianfang coal-bed methane reservoir has the best prospects for exploitation and the Sha'erhu, Shanshan, Hami coal-bed methane reservoirs are next in line.     

煤层气中甲烷δ~3C值偏轻的机理探讨

文中列出了５１个典型煤层气样品的甲烷δ１３Ｃ值测试数据，系统地分析了煤层气甲烷稳定碳同位素组成特征，深入探讨了甲烷δ１３Ｃ值偏轻的原因。     

低渗透孔隙-裂隙介质气体非线性渗流运动方程

已有的煤层气渗流研究基于达西定律,而实验表明低渗透介质气体渗流为非线性流。采用实验、理论与计算相结合的方法建立低渗透孔隙-裂隙介质气体非线性渗流运动方程。实验结果表明,低渗透孔隙-裂隙介质气体渗流曲线是从较低压力梯度下的凹形曲线至较高压力梯度下的直线,是连续变化的曲线,直线延长线不通过坐标原点,存在拟启动压力梯度。根据该普遍特征,建立了非线性渗流运动方程。其参数量纲与物理意义清楚,运动方程计算的理论曲线与实验结果吻合很好,达西定律是运动方程的特例,运动方程可运用于低渗透孔隙-裂隙介质气体渗流理论及开发计算研究。     

离子交换改性斜发沸石用于分离性能研究N2/CH4

抽放煤层气的主要成分为氮气和甲烷,采用以N2为强吸附组分的天然斜发沸石进行变压吸附分离(PSA),CH4成为塔顶产品,其回收率和纯度会大大提高.首先对4种国内不同地区的斜发沸石进行筛选,结果表明1#斜发沸石氮气吸附量大于甲烷,为氮气选择性吸附剂.为了进一步提高1#斜发沸石的氮气选择性能,对其进行离子交换改性研究,发现在室温下交换3次的Na-Cp-1分离效果最好,氮气/甲烷分离因子达5.48,是非常好的氮选择性吸附剂;而Li+、K+、NH4+、Ca2+、Mg2+、Sr2+离子交换后斜发沸石对N2和CH4的吸附差异较小.     

煤层气有限导流压裂井的压力动态分析

针对煤层气产出过程中的降压,解吸,扩散,渗流等特点,应用非稳态解吸模型;研究了煤层气在基质和割理中的单相流动;建立了新有有限导流压裂井评价模型;讨论了裂缝壁面表皮系数,吸附系数,裂缝储容系数和窜流系数对压力动态的影响;分析了煤层气压裂井的压降典型曲线特征和参数估计方法,从而为煤层气藏开发提供了可靠的数据。     

煤矿绿色开采技术

提出了煤矿绿色开采的概念，阐述了它的内涵和技术体系，绿色开采的理论基础为：开采后岩层中的关键层运动形成的节理裂隙与离层规律以及瓦斯与地下水在破断岩层中的渗流规律。绿色开采技术的主要内容包括：保水开采、建筑物下采煤与离层注浆减沉、条带与充填开采、煤与瓦斯共采、煤巷支护与部分矸石的井下处理、煤炭地下气化等。     

煤层气勘探中地质录井技术

煤层气勘探岩芯录井至关重要,可通过利用泥浆录井过程中岩性特征、气测异常和工程参数卡准煤芯位置的3种技术方法以及利用气体参照法、钻井液热真空蒸馏法等现场计算煤层气量的新方法来综合判定煤层气。     

Numerical analysis of grinding power consumption of a vertical planetary mill

Planetary wheel rolling on a coal-bed was simplified as rigid wheel rolling on the coal-bed with a rigid base when a Vertical planetary mill (VPM) is running. Based on our analysis, we conclude that the Bekker formulation for computing rolling resistance is not applicable to calculate directly the rolling resistance of the wheel. According to the principle of the Bekker apparatus, pressure-sinkage curves were obtained by tests on a piece of mono-axial consolidation apparatus used in soil-mechanics. The deformation modulus of the coal-bed was calculated using elastic mechanics. A finite element model of the planetary wheel coal-bed was built up by the use of a rigid and a Drucker-Prager material model in LS-DYNA. According to the simulation results, the wheel rolling resistance, the grinding power consumption and the motor power of the mill were calculated and the mistake in the initial design of the mill was modified. The simulation results agree well with the results of the semi-industrial tests.     

一种数据驱动的三维流场流线特征化筛选方法

传统的流线可视化方法因视线遮挡和数据密集难以刻画流场特征,难以应对大规模数据,为此,从数据驱动的思路出发,提出了一种筛选三维流线的算法,实现对大规模精细流场的特征刻画.该算法对广泛撒点取得的流线集进行特征化,通过计算流线上各点的特征,并以此为依据对流线进行分段;基于所有分段的几何特征构建一组特征向量,并利用词袋方法建立一组词向量;以词向量为基础计算流线间的几何特征相似度,以评估各个流线间的相似性,实现对流线的筛选.通过在特定流线的查询和整体流线流场的压缩这2个典型应用场景上的应用,检验了该方法对流线筛选的效果.