蒸汽直接加热冷水的汽液界面压力振荡特性仿真研究

为探究蒸汽直接加热冷水过程中汽液界面瞬态压力振荡及两相流动特性,选用基于热平衡原理的凝结模型、大涡模拟湍流模型和流体体积分数多相流模型,对管道内蒸汽直接加热冷水过程进行了数值模拟,并将数值模拟获取的压力振荡与实验值进行了对比分析。结果表明,数值模拟获取的压力振荡时域特征与实验测量值吻合较好,汽液界面呈现显著的瞬态压力梯度波动,界面压力波动导致附近冷水流场结构发生瞬态剧烈变化。     

固定PCM在热球体外表面上接触融解时液膜厚度变化规律的研究

基于润滑近似理论和Ｎｕｓｓｅｌｔ液膜流动理论建立了一个描述固体相变材料在热球体外表面上接触融解的数理模型。由于更准确地应用了固液两相界面处能量平衡关系式，所在求解所得的融解液液膜厚度分布更合理。据此模型，还指出了文献中模型存在的问题及其得到错误液膜厚度分布的原因。     

产砂物理模型的发展研究

在委内瑞拉的大多数稠油和超稠油油藏为弱胶结砂岩沉积。委内瑞拉的石油工业对这类油藏的开采研究报有极大的兴趣。稠油出砂冷采（CHOPS）作为一种新采用的方法被这类沉积油藏用来进行初期开采，特别是其它方法技术不适用的地区或层系（例如：砂层厚度小于10米的地区）。一般情况下，在目前所研究的水平上，CHOPS技术已经在全世界范围内获得了成功的应用。特别是在加拿大、中国和美国，该技术目前已获得较大的发展。物理和数值研究已经显示出其对采收率的影响，包括近井地带孔洞地层或溶蚀层可以使油藏渗透率增加。在委内瑞拉，该技术上的经验很缺乏。通过文献调查显示，在生产机理方面还存在很多的难点。这就是之所以在这项工作中要对出砂物理模型进行设计、结构化和评估的原因。主要是研究物理过程和评价产砂机理中不同参数的变化（如压力、流量）的影响。本文将会运用模型技术的发展来预测油藏动态和该时期的性质变化。该模型建立在一个直径50cm，厚20cm的圆柱形盘上，圆柱的几何形状能确保其流动为径向流。模型用传感器作为为测试压力（包括注入、生产和孔隙流体压力）以及应用流样来确定产砂量的工具。集合系统可以提供垂直应力，定位侵蚀层使用超声波速测量。所有这些数据显示在Labview图板上，并在计算机上实时的显示数字化处理。这项工作展示了作为流体的水和油的初始预测结果和作为孔隙介质的校正结果。该结果证明此系统可以用作为出砂机理的研究，但不能用来扩大到油藏条件下。此结果将用来确证数值模型。     

不同泡沫体系油藏运移特征数值模拟

在油藏尺度下泡沫同时存在平面径向流动和垂向流动,其运移特征相比岩心流动更为复杂。为明确不同泡沫体系在油藏尺度条件下的运移特征,在室内实验结果的基础上,拟合得到准确表征泡沫体系的性能参数,采用CMGSTARS数值模拟器开展泡沫驱油藏尺度下的运移特征研究。结果表明,段塞大小不能有效提高泡沫运移距离,且段塞大小不宜超过0.4PV。强化体系受注入速度影响大,RD的变异系数高达0.57,原体系受油层厚度影响大,RD的变异系数达0.50,段塞大小、气/液比及有效浓度对各泡沫体系RD变异系数的影响相近且影响程度低,纵向渗透率和地层压力对泡沫运移及分布的影响最小。综合分析认为,原体系不适合厚油层条件使用,强化体系受发泡速度影响较大,不适合深层泡沫调驱,复配体系的发泡能力强且泡沫稳定性好,适合大部分油层条件。     

天然裂缝性油藏产量递减曲线分析模型

近年来，虽然人们经常使用递减曲线分析模型，但是它仍然有许多局限性。天然裂缝性油藏的递减曲线分析已经很少被用于注水开发。由此，提出了一种流体流动机制的模型，并用其分析注水开发的天然裂缝性油藏的开采数据。这个模型包含了对相对渗透率和毛细管压力的分析，显示出了开采速率与相应的采收率或与累计的采油量之间的线性关系。接着，把模型应用到来源于各种不同油藏的数据中并发现：在采油速率和已被模型预测到的相应采收率之间有一种线性关系，尤其是在开采末期。而范例中油藏的采收率最大值是由线性关系决定的参数估计出来的。同时，还提出了采收率的解析模型。     

湿润特性对横管降膜流动管外淡水液膜成形的影响研究

基于流体力学的运动控制方程,结合实验数据,采用流体体积函数法(VOF)处理流体与气相界面的运动,计算并分析了气-水-固接触角对管外液膜分布的影响。将数值结果与降膜实验结果进行比较,结果表明数值结果与降膜实验观测结果吻合较好。计算结果表明,膜厚的变化在不同的条件下表现出不同的特征,尤其是在形成液膜阶段,接触角直接决定着管外布液情况,是影响降膜流动性能的主要因素之一。     

粉尘浸润性实验研究

粉尘的浸润性是固体粒子与外界空气所形成的“固一气”界面可被新的“固一液”界面所取代的一种特性。其与粉料颗粒的化学成分、粒径、表面形状、生成务件、含水率、表面粗糙度和荷电性等自身条件以及环境温度、压力等外界因素有关,特别是与液体的表面张力有关。粉尘的浸润性是选择除尘方式的依据之一。根据GB／T16913．8-1997粉尘物性试验方法第八部分：浸润性的测定——浸透速度法,制作了简易的测量装置,测定了去离子水对粉煤灰、煤粉、硼砂灰、生物质灰等的浸润性,并根据所得的数据分析了粉尘浸润性的一般规律。     

柴油机燃油喷射雾化的PIV测量试验研究

介绍了先进的粒子图像测速技术(PIV)应用于燃油喷雾过程的试验研究结果，燃油通过多种孔径的单孔和多孔喷油嘴喷入一个定容压力室内，采用高分辨率的CCD摄像机记录整个喷射过程，可以观察到喷雾场内部结构．结果分析显示，高速射流表面存在不稳定扰动波，在气动力作用下，液滴发生分裂破碎，呈现枝状分离表面．瞬态速度矢量图显示，气液界面处存在大尺度的卷吸涡流运动，有助于油气扩散混合。     

平板型太阳集热器热性能的快速测试方法研究

对快速测量平板太阳集热器热性能的瞬态测试方法进行研究，并将快速测试方法的测试结果与国标GB／T4271-2000(平板型太阳集热器热性能试验方法)规定的测试方法所得的结果进行比较。通过对比可见，基于瞬态测试的快速测试方法可以得到与稳态测试同样的结果，考虑到现有太阳辐射表的精度，只要太阳辐照度大于300W／m2瞬态测试即可有效，且对测试期间太阳辐照度的变化无要求。在除雨雪天的情况下，整个测试可以在1d内完成。     

油藏数值模拟技术在陆梁油田开发中的应用

油藏数值模拟技术是迄今为止定量描述非均质地层中多项流体流动的唯一方法,此项技术在陆梁油田开发生产中发挥了巨大作用。陆梁油田陆9井区油藏具有构造幅度低,储层非均质性强,油层厚度薄,边、底水能量充足特点。开发初期,针对油藏地质特征,对各区块开展油藏数值模拟研究工作,对油藏开发方式、射开程度、临界产量进行评价和论证。经过近10年的全面开发,随着动(静)态资料数量、类型的增加,对油藏的认识不断深化,建立了数值模拟跟踪系统,通过修正地质模型,不断优化开发方式。通过油藏模拟研究,加深了对油水运动规律的认识,摸清了油藏剩余油分布规律,同时,对单井组注采比进行优化研究,为油藏精细注水提供依据,并开展了油水井措施优化研究,确保措施有效实施。此外,针对水平井,进行了可行性和开发方式的研究,为水平井开采边、底水油藏提供了依据。目前,该技术已成功应用于油田的动态调水、老区剩余油挖潜以及水平井设计等工作中,有效改善了油藏开发效果,减缓了油藏综合递减率,确保了油藏持续高效开发。     

高温气固流化床的流化特性

气固流化床中的压力脉动信号是研究流化床内流体动力特性的一个重要途径，本文在２０℃～６４０℃的温度范围内，测试了３种颗粒在不同流化速度下气固流化床中的瞬态压力脉动信号，通过分析压力脉动进一步研究了温度对床内流化特性的影响。研究结果表明：高温下气固流化床内的流化特性与常温下有显著的差异，随温度的升高，床内的流化质量有所改善；对于同一种颗粒，不能将常温下所得到的流化特性推广到高温的条件下。     

致密气藏试井

由于技术的进步，较高的能源价格和常规气藏中储量下降，油气公司开始考虑开发致密（低渗透）气藏中大储量圈闭的可行性。对这些低渗透气层进行常规试井，通常导致过差估计重要的油藏参数，例如，原始油藏压力、渗透率、有效裂缝长度、裂缝导流能力和产能．本文的目的是评价应用于不同类型致密气层的特殊测试方法，讨论为什么传统的测试方法很少成功，井找到适合于致密气藏的测试和分析方法。我们将考虑短时测试，主要目的是获得原始气藏压力，次要目的是确定渗透率和表皮系数。流入动态测试，裂缝校正测试和地层流测试将会被考虑，这些测试的应用性通过人造的和现场实例进行展示．     

岩石粗糙裂隙渗流试验模型研究

分析岩石裂隙渗流对评价岩体工程安全性有重要意义。通过三维结构光学扫描仪扫描岩石裂隙表面测得三维坐标点并可视化重构，采用节理粗糙度系数和形貌统计等参数定量描述岩石裂隙粗糙程度和起伏特征。试验研究发现，当增大渗透压力梯度时，岩石裂隙渗流将由线性渗流转变为非线性渗流，采用Forchheimer公式能较好拟合这一过程。引入非线性因子E,求得临界非线性流的阈值和雷诺数。引入动量相对损失量—欧拉数来描述裂隙渗流过程中的流体能量演化规律，发现欧拉数呈先急速下降后逐渐趋于稳定的趋势。研究成果对实际工程具有一定指导意义。     

重油储层流体非均质性成因及流体物性预测

绝大部分重油和油砂都是由生物降解作用所形成,准确预测生物降解作用程度,能大大降低勘探风险并优化石油开发。由于微生物仅生活在水中,所以生物降解主要发生在油水界面附近。控制生物降解程度及速度的主要因素是油藏热史、地层水进入油藏的难易程度、养分供给、油藏充注史、降解与未降解油的混合作用及油水界面大小与油藏体积的关系。温度是油藏生物降解作用的最关键控制因素,生物降解的终止温度大约为80℃,但油藏温度低于约30℃后,降解通量会大大降低。养分是原油生物降解的最终控制因素,在没有明显地层水活动的区带,底水存在与否及底水层厚度大小就成了生物降解的另一个重要控制因素。由生物降解和充注混合造成原油组成和物性在盆地范围内大规模侧向梯度及油藏范围内小规模垂向梯度变化在重油区非常普遍,在一个连续充注的油柱上,原油所遭受的生物降解程度差异非常大,底部和顶部原油的组成和性质完全不同,这主要是因为未降解油向油柱顶部充注,而生物降解发生在油柱底部,充注强度与生物降解速度的相对大小决定了原油的最终组成面貌,原油物性变化与油藏温度(史)密不可分。通过地质因素对流体物性变化控制的定量描述,根据岩心或岩屑抽提物的地球化学分析获取高分辨率地球化学信息,根据统计方法可以建立地球化学参数与实测黏度间的对比关系,快速获取原油黏度或API重度,并将结果运用到油藏描述和定量模拟中,为产能预测和优化管理提供更有效的工具。     

Scanning near-field optics-electrical microscope

通过将光源和光学探测系统,电化学测量装置等与扫描探针显微镜相集成,研制了扫描近场光电多功能探针系统,在获得高分辨表面形貌像的同时还可同位测量局域光谱,光电压/光电流等光电性质,并可对固液界面光电化学过程进行原位观察.介绍了该系统的主要架构和功能及在石墨烯/氮化镓界面接触电学性质,氮化镓表面光电压等研究中的应用.通过同位的表面结构,拉曼光谱和局域导电特性的综合表征和分析,发现了石墨烯电极能够自适应地降低与半导体的接触势垒以及单个褶皱形成的局域导电通道.在紫外波段扫描光电压测试中捕捉到了单个位错所引起的局域表面光电压谱起伏.该系统有助于从实验上研究表界面和缺陷等微观要素对器件性能的影响.     

循环流化床内颗粒运动的PIV测试

作为一种瞬时全场测速技术,PIV测试技术被尝试用于测量循环流化床(CFB)内颗粒运动,以进一步了解循环流化床内复杂的气固两相流动特性。初步实验已在一个截面为200mm×200mm高为4m的冷态循环流化床实验台上完成,并运用二值化互相关图像处理算法,获得了床内截面上的颗粒流动矢量图。初步测试结果较好地反映了循环流化床内颗粒流动的一些特性,表明PIV技术在循环流化床气固两相流体特性研究中具有较好的应用前景。     

二氧化碳驱油三相四组分一维解析解研究

多孔介质中多相流动与相行为之间的相互作用是决定油藏中多组分多相流动特征的重要因素,许多理论分析、数值模拟及室内实验研究结果都表明,非均质多孔介质中大流度比的混相过程中,黏性指进的作用十分重要。实际油藏中的流体流动一般为三相流动,目前已建立的关于三相流动的解析方法中涉及的组分仅是完全不混相的油组分、气组分和水组分,为此研究并建立了一种求解多孔介质中三相四组分一维注CO2混相驱过程的解析解模型。该模型利用几何学中的特征值方法来建立,并采用黎曼几何模型来描述含可动水岩心的注CO2混相过程,可以有效描述混相过程中流体黏度混合及黏性指进现象,更适用于我国陆相非均质性油藏的注CO2混相驱问题的研究。该模型可同时考虑无黏性指进或有黏性指进的不同情况。与数值模拟计算结果对比表明,解析解模型求解问题更快速准确。     

强水驱凝析气田干气回注提高凝析油采收率的实例研究——挪威北海南维京地堑地区的Sleipner Ty油田

Sleipner Φst Ty油田是一个强水驱的凝析气田，含地下体积590亿平方米的天然气和5200万平方米的凝析油。该油藏由深层浊流砂岩和伴生泥岩隔层组成。油藏质量优良，空隙度高，油层渗透率从100到1000mD。 该油田从1993年开始投产，原始地层压力为244巴，稍高于露点压力1巴。1996年开始大规模的干气回注，并在接下来的两年里随着油层压力的提高，凝析油气比也随之增加。截止到2005年，已经累计注干气290亿平方米。干气回注主要是通过增加垂直和面积扫油效率将析出的凝析油重新气化。同时通过在井下注入化学气体示踪剂用来监测分析干气在油藏中的流动情况，从而鉴别未驱替区域，并通过调整井间干扰和打加密井来更换驱替方式。 后因为被锁在井下的注入干气比例过高，停止注气。复合油藏模拟显示回注干气的．10％至20％在油藏的北部区域聚集，而未被采出。注入气体不能被二次采出的可能性很高，因为将南部生产井和北部注入井分开的鞍部已经被部分水淹。 通过循环注气可以将原来预计的50％的衰竭式开发采收率到现在预计的81％的最终采收率，从而大大提高了凝析油的采收率。目前（2007年）的凝析油采收率为76％。     

基于VOF-DPM模型的离心喷嘴中的燃油流动及雾化特征研究

针对燃油在离心喷嘴中的内部流动及其外部雾化过程,采用VOF-DPM模型对其进行了数值模拟研究。分析了压力对喷嘴出口处空气芯大小和液膜厚度的影响,得到了液膜破碎长度和雾化锥角等雾化特性,应用实验测试结果对数值模拟进行了验证,并与流体体积函数法(VOF)和离散相追踪法(DPM)进行了对比。结果表明：VOF-DPM模型可以真实反映离心喷嘴的内部流动和外部雾化特性,研究发现了与实际雾化过程符合的液膜破碎存在孔洞破碎和边缘破碎两种形式;捕捉到了在液膜表面的波动及气动力共同作用下液膜失稳破碎形成液滴的过程;燃油流动及雾化特性随着压力增加发生变化,喷嘴内空气芯直径增大,出口处液膜厚度减小,液膜的破碎长度下降。     

多晶硅真空定向凝固系统的结构特性优化研究

采用非稳态集中参数法分别计算了沿轴向和径向增加装料量对多晶硅定向凝固过程中加热时间的影响,并通过数值模拟对比分析了多晶硅定向凝固过程中晶体生长时的温度场、熔体流动、固-液界面形状和应力大小及分布等情况。并对装料沿径向增加以提高单炉生产率的方案提出了添加硅料表面上加热器的优化措施,不仅可以显著缩短加热时间,还能减小硅料的径向温度梯度,调节固-液界面形状。这将为大型化多晶硅真空定向凝固设备的优化设计与开发利用提供理论基础。