煤层气流固耦合渗流模型求解过程中的参数处理

在对煤层气的流固耦合渗流模型的求解过程中，总体上采用显式交替耦合求解的方法进行，其实现过程为：煤岩变形场方程的求解滞后于煤层气渗流力学模型求解一个时间步。具体来说，首先对有限差分后的流体渗流场方程进行求解，然后将求得的孔隙流体压力增量传递给煤岩变形场方程，煤岩变形场方程将计算所得的体积应变和应力变化再传给渗流模型，据此对物性参数（孔隙度、渗透率、孔隙压缩系数）进行修改，继而进行下一时间步长的计算，如此反复进行，直至结束。流固耦合渗流数学模型采用IMPES方法进行求解中，对于计算过程的非线性问题表现在时间取值问题和空间取值问题两个方面，对此应采用显式方法进行线性化处理。     

近井地应力场及其对渗透率的伤害

近井油藏流体压力和有效地应力变化较大,导致油藏岩石结构和渗流能力发生动态变化,进而影响生产。为研究这一变化,在试验研究岩心渗透率随地应力变化的基础上,耦合流体渗流场和地应力场,采用迭代方法得到了近井应力场和渗流场解,并分析了井壁附近油藏岩石弹塑性变形、地应力分布以及对储层渗流能力的伤害情况。     

重复压裂总应力场计算模型

定量描述垂直裂缝井重复压裂前各种因素产生的诱导应力场分布状况计算模型的研究还不完整,为此系统地研究了引起垂直裂缝井重复压裂前?地应力场变化的主要因素,建立了重复压裂时的总应力场计算模型;综合应用渗流力学、岩石力学和热力学理论,建立了热—流—固三场耦合应力场计算模型。该模型对耦合渗流方程、耦合温度场方程采用有限差分法求解,对岩土变形方程则采用有限元法求解,并采用显示交替求解方式将其结合起来整体求解,可以得到热流固三场耦合作用下油/水井生产/注入引起的应力场变化,实现了对垂直裂缝井重复压裂前由于长期生产/注入活动产生的诱导应力场的定量分析和模拟,为现场实施压裂改造提供了指导。     

油藏渗流与应力耦合分析中的有限元等效结点力的计算方法

在岩土力学与渗流力学相结合的基础上，建立了油藏渗流与应力耦合作用的数学模型，给出了耦合分析的数值模型和数值求解的思路和步骤。要实现这一耦合分析过程，建立了单元平衡方程，给出了单元等效结点力的计算表达式，对表达式中的自重载荷、孔隙压力载荷、表面力载荷分别进行了分析，并对初应力载荷进行了计算。根据这些计算方法，在建立了单元刚度矩阵、计算了单元等效结点力、形成单元平衡方程之后，将这些方程集合起来，形成总体平衡方程。通过对总体平衡方程求解，即得各结点的位移值及应变、应力场分布。根据有限元的基本理论，建立了油藏渗流与应力耦合分析中的有限元等效结点力的计算方法，为实现油藏渗流与应力耦合分析提供了有效的途径。     

开发过程中三场耦合的数学模型

以岩石力学、渗流力学和传热学的理论为基础,研究油藏非等温情况下流体渗流与岩体变形之间相互的力学作用,建立三场（渗流场、温度场和应力场）及其耦合作用时的数学方程。为研究稠油油藏油气的运移规律,准确进行油藏数值模拟提供理论基础。研究表明：在石油开采过程中,流体渗流与岩体变形存在耦合作用;在稠油热采过程中,还要考虑温度场的影响。流体渗流场、地应力场和地温场相互耦合的数学模型为非线性动力学模型。该模型除可用于油藏数值模拟外,还可用于深部地下工程和地热能源的开发。     

上风有限差分计算旅行时

用上风(upwind)有限差分法可以高效地计算规则网格上的地震旅时。在其应用中要求解描述时间场各样度分量变化的守恒方程,再用数值积分就可容易地从守恒方程的解中得到旅时场。此守恒方程是从程函方程导出的,它的解就是初至时间场。与Vidale最近提出的类似方案不同之处在于,上风有限差分格式可完全以向量化形式实现。所得的旅时场可用于克希霍夫偏移和地震模拟,也可用于地震层析成像。现有很多可靠的方法可用于求解守恒方程。守恒原理起源于流体力学用来描述质量、动量的守恒。已经证明,地震勘探应用一阶上风有限差分格式已足够精确。上风格式模拟流体的变化过程,它只使用上游的信息因而它是稳定的。其他常用的差分格式在受到冲击时(即流体变量发生间断时),或表现不稳定,或损耗过多。在我们的方法解程函方程时出现的是时间梯度的间断现象。     

电场对乳化废油双场耦合分离影响的数值分析

由于单一工艺手段难以有效地完成高含水废油的破乳脱水处理，以脱水型水力旋流器为单元本体，嵌入高压电极，可高效实现废油乳化液的高压电场和旋流离心场耦合破乳脱水处理。通过建立双场耦合分离数值分析模型，结合流体控制方程，借助用户自定义函数法，计算分析了电场条件对旋流离心场中油-水混合液速度场分布及分离效率的影响。数值结果表明，高压电场嵌入脱水型水力旋流器对双场耦合单元内部流场分布影响较小,其中切向速度有较小增加，有利于乳化液的油 水分离，而轴向速度无明显变化；然而，高压电场对油-水分离效率有明显地促进作用，溢流口脱水率及底流口脱油率分别提高了12.45%和22.20%。废油乳化液双场耦合破乳脱水处理要优于单一场处理方法。     

双重介质系统液固耦合模型及其应用

在油气藏开发过程中,油气藏中孔隙—裂缝介质受渗流场和应力场的双重作用,这不是简单的线性叠加,而是彼此作用、相互影响,称为耦合作用。对双重介质而言,耦合作用可能导致油藏物性参数的变化,影响油气藏压力和流体的分布,因此有必要建立并利用液固耦合模型来模拟双重介质系统中流体的渗流特征。利用有效应力概念,可以建立双重介质渗流系统液固耦合的数学模型,并采用有限元方法,通过有限差分,获得数值解。通过实例模拟计算,获得了耦合效应对油气藏动态的影响:压力系数越高、储层物性越差,液固耦合效应越明显。但随着生产时间的延长,液固耦合效应对井底压力的综合影响会逐渐消失,并非所有的双重介质系统渗流都需要考虑液固耦合效应。      

异常高压气藏流固耦合的数值模拟

异常高压气藏具有比常规气藏更强的流固耦合效应,因而研究异常高压气藏流固耦合效应对于模拟气藏开采,指导气田生产具有十分重要的现实意义。为此,在气藏储层岩石应力、应变分析的基础上,结合修正的Terzaghi有效应力原理和岩石骨架本构关系,建立了异常高压气藏储层岩石骨架变形的数学模型;将固相平衡方程和流体流动方程组合,建立了异常高压气藏流固耦合模型。采用空间8节点等参元对圆柱形封闭地层进行了网格划分,基于Galerkin有限元法对流固耦合变形场、渗流场方程进行了空间域离散,并利用全隐式数值格式对半离散微分方程进行了时间域上的离散,建立了以位移和流体压力为未知变量的流固耦合有限元数值模型,并采用两场交替迭代的方法得到了控制方程在几何域上的耦合解。实例分析的结果表明,所建立的流固耦合模型比传统非耦合模型更能精确地描述异常高压气藏流体渗流与岩石变形的特征,与工程实际相符合,计算程序的精度高、可靠性强。     

泥岩流-固-化耦合模型参数的蒙特卡洛估计

泥岩流-固-化耦合模型的研究与应用是正确认识泥岩井壁失稳机制的根本途径之一。化学线弹性本构方程实现了渗流、化学场作用下泥岩变形的表征,而泥岩中渗流及溶质扩散则分别满足Speigler-Kedem 模型和Fick第一定律。简化应用了泥岩的流-固-化耦合模型（包括泥岩力学平衡方程、泥岩孔隙流体及溶质质量守恒方程）,基于商业有限元软件Comsol Multiphysics,使用有限单元法求解了正向方程,并依据最小二乘准则,应用蒙特卡洛随机搜索方法,根据泥岩渗流、溶质扩散及泥岩单向扩散侧向约束膨胀实验数据,反演求解了模型参数（包括泥岩渗透率、膜效率、溶质扩散系数及膨胀系数）。理论拟合曲线与实验数据结果非常吻合,说明简化后的泥岩流-固-化耦合模型能够有效描述多场耦合环境中泥岩的性质,所建立的模型参数求解方法准确可靠,为流-固-化耦合模型在井壁稳定研究中的推广应用奠定了基础。     

对Webull产量递减方程的修正与完善

为了解决Webull产量递减方程在0＜b＜1时不存在初始递减率的问题,提出了对其修正,并给出了标准方程式及其待定参数的计算方法.修正后的递减方程变化范围和覆盖面很大,它不仅可描述递减率表现为单调递减时的产量递减问题,而且也可描述递减率表现为单调递增或为一恒定常数时的产量递减问题.经实例应用,效果很好.     

常微分方程边值问题的一个新解法

沃尔什函数系是完备的正交系,且构成阿贝尔群,因此可用沃尔什函数解微分、积分方程.在文献[1]中,沃尔什函数被用来求解常微分方程初值问题.本文通过建立若干数据表的办法,用沃尔什函数求解线性和非线性常微分方程边值问题,本方法编程方便,易于在计算机上实现.     

涡轮钻具动态力矩特性计算新方法

针对传统的欧拉方程计算涡轮钻具动态特性存在的局限性，采用质点系动量矩定理和叶栅实验分析理论，导出了涡轮钻具动态力矩特性的实用计算公式，有效地解决了欧拉方程难以解决的问题，从而深入研究涡轮钻具的动态性能提供了理论依据。     

地震波正演模拟的任意差分精细积分方法

本文对钟万勰提出的抛物线方程单点子域积分法和强士中提出的温度场问题的任意差分法进行了改进，提出了波动方程任意差分精细积分解法，从理论上推导了任意差分精细积分公式并给出了其实现途径，对任意差分精细积分方法的空间与时间精度和差分格式的稳定性做了理论探讨，并进行了验证。理论分析和实际例证都表明本文方法精度较高。地震波正演模拟算例则表明本文方法适用于复杂地表和复杂构造地质体。     

椭圆封头几何形状讨论及展开面积计算

根据回转壳体的基本概念，推导了椭圆封头的近似椭圆壳部分的中面母线方程，据此推导计算了椭圆封头的展开面积及展开圆直径，并根据椭圆壳几何形状推导的结果与经验公式所得结果进行了比较，给出了有关图表及计算程序，可供制造单位参考使用。     

在频率域中用边界元方法求解地震勘探中的正反演问题

在频率域中用边界元方法求解波动方程边值问题,是先对时间变量进行一维傅氏变换,把波动方程化为Helmholtz方程,然后在频率域内用边界元法求解该方程,最后对结果进行反傅氏变换返回到时间域。文中提出的具体计算公式,与文献[1]、[2]提出的计算公式相比较,具有计算精度高和节省计算工作量的优点。     

碳氧比能谱测井基准问题的数值模拟

碳氧比能谱测井的数值模拟是涉及时间变量的中子-光子-电子联合输运的复杂问题.使用现有MCNP程序数值模拟碳氧比能谱测井遇到了2个主要困难:脉冲幅度谱的统计误差过大和F8计数不能分别得到非弹谱和俘获谱.将计算分2步进行:先用MCNP程序分别计算进入探测器的归一化中子激发γ流,以及各向同性γ流照射探测器端面时的响应函数矩阵;然后用自编程序计算两者的卷积,从而得到仪器的脉冲幅度谱.从简化基准问题的数值模拟结果看,该方法可以用于研究碳氧比能谱测井.     

无因次IPR曲线通式的推导及线性求解方法

由Vogcl提供的溶气驱井的无因次IPR曲线,是预测油井产能的非常重要的工具。目前,Vogel方程已被推广到未饱和油藏和水驱油藏的产水油井。但是,Vogcl方程仅只适用于理想井(即没有正的或负的表皮系数)和开采初期的条件。     

大规模过程系统优化的稀疏SQP算法

提出了一种适用于大规模过程系统在线优化命题的稀疏全空间 SQP算法。该算法利用解析导数构造Hessian矩阵 ,保持了系统的稀疏结构 ,并为寻优过程提供了精确的曲率信息。与传统 SQP算法相比 ,该算法的计算效率有了明显提高。对开放式方程精馏塔模型的实例计算表明 ,该算法在求解大规模过程系统优化命题时是可行和有效的。     

An Analytical Model Used in Formation Evaluation

１ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＩｎｔｈｅａｒｅａｏｆｈｙｄｒｏｇｅｏｌｏｇｉｃａｌａｎｄｐｅｔｒｏｌｅｕｍｅｎ－ｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ｆｏｒｍａｔｉｏｎｅｖａｌｕａｔｉｏｎｉｓｅｓｓｅｎｔｉａｌ．Ｕｓｅｆｕｌｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｃａｎｂｅｇａｉｎｅｄｆｒ...