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。     

分形油气藏非达西低速渗流时续流和表皮效应的影响

本文建立了分形油气藏非达西低速渗流时续流和表皮效应影响的数学模型，并对定解问题用拉普拉斯变换求解，拉氏空间的特解用格林函数表示，得到了解析解和渐近解。     

神经网络方法在致密油藏非线性渗流模型中的应用

微纳米尺度下,流体的流动规律呈现非线性渗流规律,故需基于微纳米空间中受限流体的非牛顿流体特征,建立液体的非线性渗流模型,模型中的参数需要通过流动实验得到。为了更方便地获取模型参数,预测流体在致密油藏孔隙中的渗流特征,该文基于神经网络预测方法,用现有的实验拟合数据进行机器学习,从而预测出模型参数。并以胜利油田某致密油藏为研究对象,选取77块致密岩芯并测量其物性参数,将渗透率、孔隙半径和稠度系数作为输入参数,建立了预测模型参数的神经网络模型。研究结果表明：使用反向传播神经网络方法,可以准确预测致密油藏中油和水流动时的非线性渗流模型参数,未来可用于预测油藏储层中其他物性特征,具有较高的准确性和广阔的前景。     

第一类越流含水层系统中非完整井附近非达西渗流近似解析解

研究了第一类越流含水层系统中非完整井附近非达西渗流问题,得到主含水层抽水井附近水位降深拉氏空间近似解析解及抽水后期近似解析解。抽水井附近主含水层中渗流概化径向渗流和垂向渗流,径向渗流由于流速较大由非达西渗流公式Izbash公式来刻画,垂向渗流由于流速较小用达西定律表示,通过线性化方法简化非达西非线性项,然后结合Laplace变换和有限余弦Fourier变换对水流模型进行求解。结果表明:主含水层中水位降深对称于滤水管中轴线,且在中轴线处最大;在抽水后期,主含水层水位降深随着弱透水层渗透系数的增大而减小,且随着Izbash公式中非达西经验指数n值增大,主含水层得到越流补给的水量减小。     

一维低渗透介质非达西渗流实验

该文选取黏质粉土、粉质重亚黏土、粉质重黏土1和粉质重黏土2四种细粒土样作为实验介质,开展一维土柱渗流实验,研究了低渗透介质中的渗流规律,并通过调节进出水端的水头差,同时观测出水流量,分析水力梯度和渗透流速之间的关系.实验结果表明:土样粒径的分布对渗流规律起决定性作用,即随着土样介质中黏粒含量的增大,渗流由达西流变为非达西流,且黏粒含量越高,非达西现象越明显,当渗透系数低于10-5 cm/s数量级时,该非达西流中水力梯度和渗透流速满足二次方程关系.此外,对比粉质重亚黏土和粉质重黏土,可以明显发现渗流存在着启动水力梯度,且启动水力梯度会随着黏粒含量的增大而增大.     

黏土结合水起始剪切力对非达西渗流的影响

黏土结合水对黏土的流变、膨胀以及渗透等有显著影响,了解黏土结合水性质变化对黏土研究具有重要意义。基于黏土双电层理论,由黏土微电场推导黏土结合水抗剪强度与结合水到黏土颗粒距离的函数关系,并以此解释黏土非达西渗流的机理。结果表明:黏土结合水具有类似非牛顿液体性质,双电层中每一处结合水存在"起始剪切力",当水压力超过结合水的"起始剪切力"时,结合水将发生移动;黏土非达西渗流存在起始水力梯度,且起始水力梯度与结合水的"起始剪切力"呈线性关系;当黏土开始发生渗流时,结合水在孔隙中流速呈曲线分布,流量与水力梯度呈非线性关系,黏土渗流特征曲线出现下凹型非线性曲线。     

弱透水层低速非达西流咸水下移过程的模拟研究

弱透水层以黏性土为主,其渗流通常表现出低速非达西特性。开采条件下,弱透水层中咸水下移问题是典型的渗流-固结-溶质运移耦合问题。本文以华北平原典型的"上咸下淡"含水层系统为研究对象,采用修正的多场耦合模型,研究了弱透水层中非达西渗流固结过程对咸水下移的影响。研究结果表明,非达西渗流不仅增加了黏性土层的固结时间,而且,在一定程度上,减缓了咸水下移速度。同时,非达西渗流条件下流速具有削峰拖尾特征,天然水力梯度越大,拖尾越不明显,而削峰始终存在。咸水下移前期,不考虑固结过程时其运移速度更快,而在中后期,情况相反。阻滞因子决定了弱透水层渗流固结过程对咸水下移的影响程度。     

越流含水层中抽水井附近非达西流动模型的数值解

该文研究了以Forchheimer定律为基础的越流含水层中抽水井附近非达西流问题,获得了该条件下水位降深的数值差分解,分析了非达西流、越流和井储对水位降深的影响.结果表明:在不考虑井储影响时,抽水初期越流补给对水位降深影响较小,不同越流补给情况下的水位降深曲线相互重合;抽水后期,越流补给强度越大,水位降深越小.考虑井储影响后,在抽水初期不同越流补给和非达西流动条件下的水位降深曲线相互重合且在双对数坐标下为一直线,含水层的水位降深规律与不考虑井储情况下一致.非达西流动剧烈程度对水位降深的影响与越流补给强度有关.当越流补给较小时,紊动越剧烈(即非达西流动越明显),抽水初期的水位降深越小,而在抽水后期的水位降深越大;当越流补给较大时,整个抽水过程中紊动越剧烈水位降深越小.     

非饱和渗流模型在水力吹填堤坝中的应用

以上海市青草沙水库新建大堤的渗流稳定分析为例,阐述了基于非饱和土力学理论的堤坝渗流稳定分析模型在水力充填堤坝结构渗流分析中的应用,同时详细分析了潮汐河口水库中库外侧潮位变化引起的非稳定渗流对堤坝的影响,并通过采取有效的渗流控制处理措施,满足了水力吹填复杂结构堤坝的渗流稳定要求。     

低渗透油藏非线性渗流理论及数值模拟方法

针对低渗透油藏非线性渗流理论与数值模拟方法方面存在的大量问题,从毛细管模型出发,推导了低渗透油藏非线性渗流新模型,详细解释了新模型中特有的物理参数内涵;并由此建立了低渗透油藏非线性单相渗流理论,与相对渗透率引入渠道流假设一致,将单相非线性新模型推广到两相渗流中,建立了能够同时考虑启动压力梯度、非线性渗流弯曲段连续变化的数值模拟方法。根据所建立的低渗透油藏单相稳态和非稳态渗流理论以及数值模拟方法,开展了达西、拟启动压力梯度和非线性模型的油藏动态对比计算。结果表明:低渗透油藏主要受非线性渗流控制,仅井点的少数网格存在拟线性流动,非线性模型计算的结果介于达西和拟启动线性模型之间。     

双渗透介质中轴对称二维不定常渗流

本文研究了弱压缩液体在双渗透介质中不定常轴对称二维渗流，找到了它的瞬时压力Ｌａｐｌａｃｅ变换解。用数值反演技术计算了双渗透介质参数：χ、ω、λ；不完善井找开程度ＬＤ；对井中压力变化的影响。做出了压力－时间变化图板，这是不完善井在双渗透介质中试井解释的基础。它的特殊情况：均质介质和双孔隙介质渗流。     

双重介质中有限导流垂直裂缝井试井模型求解的新方法

在T.A.Blasingame等人提出的均质油藏中有限导流垂直裂缝试井模型（TPR）的基础上采用Laplace变换与反演技术,完成了双重孔隙介质中有限导流垂直裂缝井试井模型的求解新算法.讨论了介质间窜流、弹性储容比、裂缝导流能力及外边界条件对压力动态的影响,结果表明：用该方法计算的结果与经典的双重介质垂直裂缝井模型一致.这种算法计算速度快,精度满足要求,可用于现代试井分析的自动拟合中.     

阶梯水平井生产段油藏渗流与井筒变质量管流的耦合模型

随着油气勘探和开发技术的迅猛发展，阶梯水平井作为水平井的一种特殊井型，日益在国内外油田得到广泛应用。基于势叠加原理和镜像反映原理，推导出了薄互层油藏中阶梯式水平井生产段的空间势分布；采用微元线汇理论和动量守恒定律建立了薄互层油藏阶梯水平井生产段沿程压降计算模型。推导出了裸眼完井方式下阶梯水平井生产段油藏渗流与井简变质量管流耦合的数学流动模型，并提出了相应的数学解法。     

不完全可逆变形介质油藏流体渗流模型及其数值解

由于地层压力变化引起地层变形具有不完全可逆性,导致地层渗透率和孔隙度随压力变化也具有不完全可逆性。本文建立了不完全可逆变形介质油藏流体渗流模型,综合采取了状态方程隐式处理和Richtmyer线性化方法,有效地对不完全可逆变形介质油藏流体渗流问题进行了数值解,并讨论了由储层介质变形的不可逆性对油田开发的影响。     

三重介质油藏非牛顿幂律流体试井模型与典型曲线分析

在前人研究的基础上,建立了3种外边界条件下的三重介质非牛顿流体的渗流模型,并且利用拉普拉斯变换对模型进行了求解;绘制了3种边界条件下的典型渗流曲线,并且利用渗流理论对曲线不同阶段进行了分析。结果不仅可以用于试井解释,而且有助于人们对此类油藏进行更好的认识和评价,为油藏的生产提供科学的依据。     

缝洞型碳酸盐岩油藏井钻遇溶洞试井的解释模型

缝洞型油藏油气分布受多次成藏、不同后生作用破坏改造和储集空间非均质性等因素影响,常会造成油气运移聚集差异较大、油藏物性平面分布极其不均匀等状况。常规解析解试井分析理论受模型简化的限制,一般不能满足该类油藏渗流问题的求解需要。提出了井钻遇溶洞的试井解释模型,建立了相应的数学模型,并采用Laplace变换和Stehfest数值反演算法进行了求解。分析了溶洞储能比、溶洞大小对压力响应的影响,分析了其规律:溶洞半径越大,早期曲线斜率越大。溶洞相当于扩大了井径,增加了井筒储集系数;溶洞储能比越小,溶洞反映越明显;不同储能比早期曲线平行,而且溶洞储能比越小,截距越大。还提出了井钻遇溶洞油藏的试井解释方法,并编制了实用软件,利用模型对塔河油田某井进行了解释,解释结果与地质模型和钻井数据一致。     

基于逾渗网络模型的弥散系数与渗透率关系研究

该文基于逾渗理论和网络模型,建立体中心网格(BCC)的三维孔隙网络模型,在周期性边界条件下模拟不同孔隙半径变异系数及不同孔隙连通性下的弥散过程。假设微粒在单管中服从Taylor-Aris弥散,其通过单管的时间可由累积分布函数随机获得;流体在管束节点处发生完全混合,随后按照节点连接管束的体积流量比对应的概率随机进入一根管束,以此实现微粒的不断运移。利用粒子追踪法确定固定时间下的微粒位置,并根据矩量法计算弥散系数。模拟结果表明弥散系数随孔隙连通性的降低而增大,随水力半径的增加而增加,且均遵循相应的乘幂关系。结合渗透率模型,探索了弥散系数与渗透率间的关系,并与实验结果进行对比,验证了模型的正确性。     

Experimental study of dam-break flow in cascade reservoirs with steep bottom slope

Dam break can cause a significant disaster in the downstream, especially, in a valley with cascade reservoirs, which would aggravate the disaster extent.The experimental studies of the dam-break flow of cascade reservoirs are few and far between at the present.Most of related studies concern the failure of a single dam..This article presents an experimental study of the characteristics of an instantly filled dam-break flow of cascade reservoirs in a rectangular glass flume with a steep bottom slope.A new method was used to simulate the sudden collapse of the dam.A series of sensors for automatic water-levels were deployed to record the rapid water depth fluctuation.The experimental results show that, the ratio of the initial water depth of the downstream reservoir to that of the upstream reservoir would greatly affect the flood peak water depth in the downstream reservoir area and in the stream channel behind the downstream dam, while the influence of the dam spacing is insignificant.In addition, the comparison between the single reservoir and the cascade reservoirs shows some difference in the dam-break flow pattern and the stage hydrograph at the corresponding gauging points.     

裂缝性油藏等效渗透率张量计算及表征单元体积研究

给出了利用等效渗透率张量来确定裂缝性油藏表征单元体积的方法。根据裂缝系统属性参数的统计资料,利用裂缝网络模拟技术建立了离散裂缝网络模型。建立了求解裂缝性油藏等效渗透率张量的数学模型,并给出了边界元求解方法。在此基础上,提出裂缝性油藏表征单元体积的确定方法,分析了裂缝实际分布及其属性参数对研究区域渗透特性和表征单元体积的影响。研究结果为裂缝性油藏渗流分析的参数确定提供了理论依据。