考虑岩石变形的火山岩气藏数值模拟研究

随着油气勘探技术的提高,在我国东部松辽盆地深层发现了具有广阔前景的火山岩气藏,具有岩石类型多,岩性复杂,岩性岩相变化快,储层微裂缝较发育,物性差,非均质性强,应力敏感性强的特点.针对火山岩气藏地质条件的复杂性,通过实验研究了该类气藏开采过程中岩石的变形特征及其对渗透率和气井产能的影响.建立了考虑岩石裂缝变形的双重介质气藏数值模拟模型,并利用该模型进行了岩石裂缝变形对开发效果影响的模拟研究,为火山岩气藏的有效开发提供了一定的科学依据.     

天然气地下储气库垫层气与工作气混合的模拟研究

天然气地下储气库的建筑是调节城市用气不均衡性、平抑供气峰波动的最合理有效的手段之一,在储气库进行注采动态运行时,避免注入气与垫层气发生混合是关键技术问题,本文通过分别建立三维两相渗流模型和三维气体扩散模型,采用跳跃式的求解方法,首先求出库内各点瞬态压力分布,再根据达西定律确定出速度分布,最后通过求解三维气体扩散数值模型,可动态的确定垫层气的需求量和注采天然气所需的最佳储气压力,残存气与储存天然气的混合而导致的回采气体浓度的变化,为保证储库满负荷的优化运行提供科学依据。     

底水驱枯竭气藏型天然气地下储气库注采动态的数值模拟

通过建立底水驱枯竭气藏型天然气地下储气库的注采动态数学模型,采用分数步长解法,以储库平均地层压力和含水饱和度的动态变化为目标函数,数值模拟出储气的历史过程,预测储库的储存容量,研究储库注采的动态特征。     

混凝土非线性变形的数值模拟

给出了增量型混凝土非线性本构方程，对内蕴时间考虑了混凝土偏量对体量的耦合作用，并计及了变形的不可恢复累积量。在此基础上给出了数值积分结果。根据混凝土损伤的指数模型，对混凝土变形非线性、应变软化以及复杂应力路径下的响应特性进行了对比计算，并预言了剪胀效应。     

夏季天然气地下储气库的优化运行分析

由于储库地质构造的非均质性以及储层存储和传输流体能力的不同，若库内并的注入量不合理，可能导致压缩机消耗功率过大，甚至局部压力升高过快，使天然气溢失甚至发生危险，通过建立水驱气藏型天然气地下储气库的注采动态数学模型，确定出储库注气时的压力、含水饱和度变化的动态特征，以储库压缩机站的功率最小消耗量为目标函数，以给定时间内城市剩余天然气总额和注入时各单井压力、含水饱和度的限制为约束条件，来确定库内各单井的最佳注入量，编制出夏季储库最优运行方案，为实际地下储气库注气过程的优化运行提供理论依据。     

考虑降水影响与分布开挖的基坑变形数值模拟

为了分析在降水影响下地铁车站基坑的稳定性和现场实测的精确性,建立了基坑体系二维有限元数值模拟.采用弹性模型考虑地基上的非线性性质,针对深基坑开挖过程引起的承载体系受力变形特性,分析了基坑降水和不降水两种情况引起的基坑变形,考虑了地下连续墙与周围土体的相互作用,包括地下连续墙变形、地表沉降及坑底回弹.结果表明,理论分析和实际监测结果较吻合,为工程的顺利实施提供了依据.     

含水层型地下储库惰性气体作垫层气数值模拟

以廉价的惰性气体代替天然气作为含水层型地下储气库垫层气时,不同气体之间的相互掺混会影响回采气的质量,因此,确定储库内气体浓度动态分布情况非常重要.通过建立气水渗流模型及气体扩散模型,采用有限元法,对封闭边界条件储库的建库及工业运行过程进行模拟,分别对单井注氮单井注采天然气及从边缘井注氮中心井注采天然气这两种情况下,储库压力、含水饱和度、气体浓度的动态变化情况进行分析.单井情况下,停止回采时,回采气中氮气浓度达9.665%,说明由于对流及扩散作用,氮气与天然气存在一定程度的混合.多井情况下,停止回采时,氮气浓度只有0.094%,说明多井注采可以有效抑制天然气与氮气的混合.     

带裂缝混凝土氯离子扩散作用试验研究及数值模拟

为了准确评估带裂缝工作混凝土结构的耐久性能,针对氯离子在带裂缝混凝土中的扩散过程进行研究。提出了无损制备裂缝的方法,可高效易行地在混凝土侧面及内部产生裂缝。对带裂缝的水泥砂浆试件进行氯盐溶液浸泡试验,深入研究了单缝和双缝试件中氯离子的扩散作用,修正了氯离子的扩散系数,并对带裂缝混凝土的氯离子扩散过程进行了数值模拟。研究结果表明：氯离子会沿裂缝发展方向及垂直于裂缝发展方向扩散,随着水灰比的减小,砂浆试件的抗氯离子扩散性能明显提高,在一定范围内,当裂缝间距增大,双缝间的氯离子扩散交互影响作用明显减小,ANSYS软件的模拟结果与试验数据吻合良好。     

综合权重地下储气库方案优选模型研究

提出了一种基于综合权重和灰色关联分析的储气库方案优选模型,并将所建立模型与 AHP （层次分析法）－灰关联分析模型、改进的AHP（层次分析法）－灰关联分析模型、信息熵－灰关联分析模型进行对比分析。结果表明：所建立的模型既考虑主观影响,又考虑客观影响,计算结果与实际吻合较好,具有较好的实用性。     

Numerical Simulation and Analysis of Migration Law of Gas Mixture Using Carbon Dioxide as Cushion Gas in Underground Gas Storage Reservoir

One of the major technical challenges in using carbon dioxide（ CO2） as part of the cushion gas of the underground gas storage reservoir（ UGSR） is the mixture of CO2and natural gas. To decrease the mixing extent and manage the migration of the mixed zone,an understanding of the mechanism of CO2and natural gas mixing and the diffusion of the mixed gas in aquifer is necessary. In this paper,a numerical model based on the three dimensional gas-water two-phase flow theory and gas diffusion theory is developed to understand this mechanism. This model is validated by the actual operational data in Dazhangtuo UGSR in Tianjin City,China.Using the validated model,the mixed characteristic of CO2and natural gas and the migration mechanism of the mixed zone in an underground porous reservoir is further studied. Particularly,the impacts of the following factors on the migration mechanism are studied： the ratio of CO2injection,the reservoir porosity and the initial operating pressure. Based on the results,the optimal CO2injection ratio and an optimal control strategy to manage the migration of the mixed zone are obtained. These results provide technical guides for using CO2as cushion gas for UGSR in real projects.     

地下储气库设计方案优选方法研究

地下储气库设计方案的优选是根据工程设计原则,从所提供的预选方案中,遴选出最佳设计方案.地下储气库的设计方案涉及因素较多,属于多因素综合评价问题.采用层次分析方法来定量确定各种指标的权重,结合密切值法对各个方案与理想方案逼近程度的计算,实现方案优劣排序.实例计算结果表明,在地下储气库设计方案优选指标体系及结构模型之中,AHP-MCZ方法能从多因素、定量与定性相结合的角度来确定出最优设计方案,为设计者选择技术上可行、经济上合理的设计方案提供了一种新方法.     

考虑颗粒破碎的堆石料动力变形特性模拟

颗粒破碎是影响堆石料强度和变形特性的重要因素,但目前针对颗粒破碎的模拟研究多在静力荷载条件下.为研究颗粒破碎对小应变条件下堆石料的动力变形特性的影响,采用多个等粒径小球按最密六方排列随机组合模拟不规则形状的堆石颗粒,通过碎片替换法模拟颗粒破碎,研究了花岗岩堆石料不同围压下的动力响应,探索了孔隙率对动弹性模量的影响,分析...     

考虑裂隙-岩块间水交换的单裂隙非饱和渗流数值模拟

为了研究单裂隙非饱和渗流的水力特性,根据裂隙面分形维数、裂隙面位错值和面积接触率,提出了采用随机布朗函数生成裂隙开度分布的方法;基于裂隙局域立方定理成立的假定,并考虑裂隙-岩块间拟稳态水交换,建立了单裂隙非饱和渗流数值分析模型。模拟得到的裂隙毛细压力-饱和度以及非饱和渗透系数-毛细压力的关系曲线能够反映排水、吸水间的滞后性及体现排水时的进气值和残余水饱和度。模拟结果与试验结果的定性对比表明,建立的模型可为考虑裂隙-岩块间水交换的单裂隙非饱和渗流模拟提供合理可行的方法。最后对比了考虑与不考虑裂隙-岩块间水交换的裂隙非饱和渗透系数-毛细压力关系曲线,结果表明,在高毛细压力(低饱和度)下,可忽略裂隙-岩块间的水交换。     

瓦斯爆炸过程中火焰传播规律的模拟研究

在模拟实验和数值计算的基础上 ,研究了瓦斯爆炸过程中火焰传播规律及其加速机理 .研究结果表明 ,障碍物对瓦斯爆炸过程中火焰传播规律有重要影响 .障碍物的存在将使瓦斯爆炸过程中火焰的传播速度迅速提高 .瓦斯爆炸时 ,火焰阵面附近温度较高 ,阵面前附近区域温度梯度变化较大 ,阵面后区域的温度变化较小 .障碍物附近温度很快上升到最大值 ,然后由于化学反应结束及管道壁吸热 ,温度开始下降 .在火焰传播通道上设置的障碍物对气相火焰具有加速作用 ,加速作用的机理主要是由于障碍物诱导的湍流区对燃烧过程的正反馈造成的     

小型储气罐火灾工况数值模拟分析

以某输气管线气液联动执行机构中的储气罐为例,利用Ansys Fluent软件建立同比例三维模型,模拟火灾工况下,外部热量不断输入,罐内压力和罐体温度随时间的变化情况。利用Aspen Hysys软件模拟计算该小型储气罐在火灾工况下安全泄放所需的最小安全阀口径。结果表明,当钢制储气罐外部发生火灾时,罐体温度和罐内压力急剧升高,在很短的时间内就能达到储气罐坍塌温度和储气罐设计压力;达到钢制储气罐坍塌温度的时间滞后于达到储气罐设计压力的时间;从安全的角度,设置安全阀可安全有效泄放气体,即使储气罐发生坍塌,也有助于降低事故发生的危害程度;确定的安全阀最小口径为0.03 cm²,建议选型的安全阀口径不低于0.05 cm²。     

变温情况下地下储气井工况分析与研究

运用有限元软件模拟分析了井筒内压达到预期的25MPa,温度从28℃升高到50℃的极限状态时,套管和下封头等应力的变化情况.结合储气井现场现象建立了井筒工况模型,采用平面四节点等参元划分网格,使实际三维井筒模型简化为平面应变问题加以处理.详细分析温度变化对套管、套管与接箍以及套管与下封头的应力变化.经过计算分析,温度升高使得套管与下封头在充气、储气以及放气过程中的应力增加但处于弹性变化范围内,不过套管在这种长期交变载荷的作用下,可能会产生疲劳破坏.     

大张坨地下储气库建设方案

以大张坨地下储气库设计方案研究为例，在对该气藏进行地质综合研究的基础上，利用油气藏工程等多种方法进行论证，并结合京津市用气规律设计了气库运行基本指标，同时利用试井及气井节点分析法确定了气井合理产能，为气储方案设计提供了理论论据，实际运行证明储气库方案设计合理可行。