基于PEBI网格的离散裂缝油藏数值模拟研究

离散裂缝网络模型主要从裂缝的几何形状以及流动机理上对裂缝进行表征和描述,可以比较精确地描述裂缝特征及油藏的非均质性。该文结合油藏边界及裂缝的真实分布状态,将油藏划分为若干子区域,在每个子区域上布网格节点进行Delaunary三角剖分与Vornoni网格剖分,得到了PEBI网格。为了满足质量守恒,利用有限体积法进行了求解,对网格域和计算域之间的误差进行了修正。结合离散裂缝的数学模型及传导率计算法则,实现了高精度的离散裂缝油藏数值模拟,研究了大裂缝的分布、长短、与注采井的贯穿状况等因素对水驱油的推进方向、速度、见水时间、采出程度的影响规律。结果表明PEBI网格能准确地表征裂缝特征,再现裂缝的分布,正确地模拟裂缝影响下的水驱开发规律。     

确定裂隙岩体渗透系数张量的一维环单元模型研究

裂隙岩体的渗透张量确定一直是渗流领域研究的重点。本文基于广义达西定律,提出一种新型空间一维环单元模型来计算三维裂隙岩体的渗透张量,该模型简化了以往复杂的三维面状流模型。通过解析法和数值模拟法对一维环单元模型的合理性进行验证,并利用面单元模型校核该模型的精度。结果表明：对于同一裂隙岩体,环单元模型计算得到的渗透张量,与现场压水试验校核过的数据相比,误差在合理范围之内,与面单元模型计算得到的结果相比,基本相同;环单元模型是一种可行、精度高且实用的简化模型,比面状流模型简单,在计算渗透张量时能极大地减小运算规模,优化了算法。研究成果可为确定裂隙岩体的渗透张量提供新思路。     

裂隙网络非达西渗流REV及非达西系数张量研究

裂隙网络渗流理论最初建立在裂隙渗流服从立方定律的基础上,而裂隙中非达西渗流更为广泛存在,因此,裂隙网络非达西渗流特性研究更具工程应用前景。本文首先对基于单裂隙立方定律的线素法模型进行改进,用以实现裂隙网络非达西渗流的计算,进而将其应用于实测裂隙数据生成的裂隙网络非达西渗流特性的研究。研究结果表明:根据改进线素法模型和Forchheimer定律计算得到的等效渗透系数张量与线素法模型和达西定律计算得到的具有一致性。对于同一裂隙网络而言,等效非达西系数张量确定的渗流REV要比等效渗透系数张量确定的大,且等效渗透系数张量与等效非达西系数张量的主轴方向一致,但两者之间的长轴互相垂直。     

三维离散裂隙网络管单元模型确定岩体渗透张量的尝试

利用离散裂隙网络的管单元模型对裂隙岩体的渗透椭球进行拟合,分析了裂隙岩体渗透张量 的存在性和稳定性。通过在空间中的几何变换,直接求得三维裂隙岩体各方向渗透系数,可以避免由于 在二维切平面内分析渗透系数而带来的误差。采用该数值模型分析工程实例,通过计算所得主渗透系 数和主方向与校核过的实测数据相比,误差在合理范围,表明该方法不仅简便可行,而且对实际工程岩 体渗透张量确定具有良好的理论和实用价值。     

锦屏一级左岸岩体渗透特性的数值模拟研究

基于RFPA~(2D)-Flow软件,并结合现场压水试验,从表征单元体积(REV)及渗透张量入手,对裂隙岩体的渗透特性进行数值模拟研究。以锦屏一级水电站左岸岩体为例,基于岩体裂隙几何特征,运用蒙特卡罗方法生成岩体裂隙网络模型;模拟计算不同尺寸不同方向上的等效渗透系数,依据类常量与类张量特性初步确定裂隙岩体渗透表征单元体积(REV)及渗透张量,再结合现场压水试验结果修正渗透张量。随着模型尺寸的增大,岩体的渗透性逐渐趋于稳定,表征单元体尺寸的大小约为迹长的4倍,表明基于RFPA~(2D)-Flow数值模拟并结合压水试验确定裂隙岩体渗透张量和REV的方法合理有效。     

岩体饱和/非饱和渗流表征单元体积浅析

岩体渗流表征单元体积(REV)是衡量等效连续介质渗流模型实用性的重要标准，也是数值计算中对岩体渗流进行网格剖分的基本尺度。本文从统计分析角度导出了岩体饱和渗流REV的表达式，从机理分析角度探讨了单裂隙非饱和渗透率表征单元面积(REA)随饱和度变化的关系。提出“REV-REA相似扩大假想”，建立了岩体非饱和渗流表征单元体积与单裂隙非饱和渗透率表征单元面积的相似对应关系。计算表明，在中等饱和度下单裂隙渗透率REA较小，而在低饱和度及接近饱和状态下单裂隙渗透率REA较大，文中从饱和度变化与沟槽流发育程度的关系对这一变化趋势进行了合理解释。算例中，采用开度分布的随机均匀场定量分析了单裂隙非饱和渗透率REA与饱和度的变化关系，基于REV-REA相似扩大假想求取了岩体非饱和渗流REV的大小。     

岩体裂隙率典型单元体确定方法探讨

基于溪洛渡水电站坝区裂隙发育特点,建立了双重介质模型,通过类比多孔介质和裂隙介质的特征,提出了裂隙率典型单元体的概念,介绍了裂隙率典型单元体体积的确定方法,即通过野外裂隙测量和统计分析,得出裂隙发育的统计规律,假设结构面为薄圆盘状、光滑平直,裂隙的空间位置采用泊松模型确定,应用Monte-Carlo原理构建随机裂隙网络模型,进一步分析裂隙率随体积变化的关系,得出研究区裂隙率典型单元体体积为4 913m3(17m×17m×17m)。该体积与研究区的范围相比小得多,能很好也反映出研究区的总体裂隙渗流规律。     

结构面特征及应力边界对岩体渗透系数的影响研究

裂隙岩体介质渗透特性是研究地下水问题的重要参数,不仅取决于结构面产状规律同时与所处地应力环境相关。本文针对裂隙岩体渗透性问题,考虑结构面分布随机性,利用UDEC软件,通过多个数值分析模型,研究了结构面特征和应力边界条件对裂隙岩体等效渗透性的影响。结果表明：裂隙倾角、间距、隙宽和迹长对岩体的渗透特性均有明显影响,裂隙倾角与渗流主方向较为接近时,该方向的岩体渗透系数较高;岩体的渗透系数随裂隙间距的增加呈幂函数降低趋势,随隙宽的增加而增大;各渗透分量均随迹长的增加而增大,但增长速度由快变慢;岩体所赋存环境地应力场对岩体的渗透系数有明显影响,地应力水平的提高会导致有效水力隙宽减小,进而降低岩体的渗透性,渗透系数随地应力的变化基本呈线性关系。     

三维裂隙网络渗流计算的边界元法及程序

岩体力学性质受结构面控制，表现出强烈的各向异性。同时工程地质师多年的实践认为岩石结构面是具有统计性的，因此岩体结构面网络模拟成为研究岩石力性质的新方向。其中裂隙网络渗流模拟，特别是三维裂隙网络的渗流计算是结构面网络模拟研究工作的重点和难点。又由于对于具有随机性裂隙网络渗流的计算，需要多次形成裂隙网络样本，并对每个样本进行多次计算，因此对渗流计算比确定性渗流提出更高的要求。本文基于将单个裂隙看作为一个不可压缩的二维各向同性多孔介质的假定，运用加权剩余法，推导了单裂隙渗流的边界单元法公式。通过将裂隙之间的交线看作为内部边界，推导了多裂隙相交时的边界单元法公式。利用FORTRAN 90语言编制了相应的计算程序BIEMNF。为验证程序的正确性，利用计算实例进行了考核。     

基于三维裂隙网络模拟和灰色理论的岩体表征单元体研究

在三维网络模型和灰色理论的基础上建立了确定岩体表征单元体(Representative elementary volume)的新方法。该方法在全面考虑岩体基本特征的同时,用灰色理论中的灰关联分析方法确定REV的大小。在三维网络模型中将裂隙按照其走向和倾角投影到极点图上,并将极点图遵循等面积原则划分成24份,统计出每一区块上的极点数量和该区块含有裂隙的平均直径,作为灰关联分析的参考序列。再用边长为r的立方体来分割网络模型,统计出该立方体投影到24份极点图中每一区块的极点数量和含有裂隙的平均直径,这作为比较序列。通过改变立方体边长r的大小,得出对应的比较序列。对参考序列和比较序列进行灰关联分析,随着立方体边长的增加,关联度值趋于稳定,稳定时的立方体的边长即为岩体REV的尺寸大小。在实际工程应用中得出REV的尺寸是裂隙平均迹长3倍以上的结论。