聚合物溶液在孔隙介质中的渗流机理

以收缩流道作为孔喉模型，采用数值方法研究了粘弹性流体、幂律流体和牛顿流体在孔喉中的流动压力梯度随流变参数和喉道直径的变化，以此作为流体在多孔介质中渗流的理论基础，探讨了3种具有不同流变性质的流体在多孔介质中的流动阻力特性。结果表明，对于粘弹性流体，阻力系数随着松弛时间和流速的增加而增大，随充填颗粒尺寸的减小而增大；对于牛顿流体，阻力系数为常数；对于幂律流体，阻力系数为幂指数、稠度系数、孔隙度和渗透率的函数。     

聚合物溶液在孔喉模型中的阻力特性

以收缩流道和扩张流道作为孔喉模型,分别通过数值方法和流动实验研究了粘弹性流体、幂律流体和牛顿流体在孔喉中流动压力梯度随流变参数、孔喉比及喉道直径的变化规律.结果表明压力梯度随着流体粘弹性的增强而增加,随幂指数、稠度系数的增加而增加,随孔喉直径和孔喉比的增加而降低.将数值结果与孔喉模型中的流动实验及岩心渗流实验比较发现,流体在孔喉模型中流动阻力特性与岩心中渗流阻力特性有相似的变化规律,对于粘弹性流体,压力梯度随流速增加急剧上升,递增速率增大;对于幂律流体,压力梯度随流速增加的幅度逐渐变缓;对于牛顿流体,压力梯度随流速增加呈线性增加趋势,符合达西定律.可以将流体在单个孔喉中的流动作为研究其在多孔介质中渗流的理论基础.     

两类典型非牛顿驱油剂的渗流特性

为考察不同流变性质的驱油剂在油藏中的渗流规律,基于孔喉作为实际油藏多孔介质最基本的流通单元和孔隙尺度随机分布的特点,提出了多孔介质的微观简化模型--二维随机变截面微管束.采用数值方法研究了粘弹型驱油剂和幂律型驱油剂在单个孔喉和多孔介质微观简化模型中的流动特性.结果表明,对于粘弹型驱油剂,只有当注入强度达到一定值时,粘弹效应才能明显地体现出来,渗流阻力随粘弹性的增强而增加,随孔隙尺度和非均匀程度的减小而增加.对于幂律型驱油剂,其渗流阻力随流体非牛顿性的增强而降低,随孔隙尺度和非均匀程度的变化规律与粘弹型驱油剂大体一致,但是在数值上远小于后者.对比分析驱油剂在岩心中的渗流规律发现,二维随机变截面微管束可作为多孔介质的简化模型,以此作为研究驱油剂渗流机理的基础模型可以避免岩心试验中多因素的综合作用,体现单一因素如流变性、孔隙介质结构和非均质性对驱油剂渗流特性的影响.     

两类典型非牛顿驱油剂的渗流特性

为考察不同流变性质的驱油剂在油藏中的渗流规律,基于孔喉作为实际油藏多孔介质最基本的流通单元和孔隙尺度随机分布的特点,提出了多孔介质的微观简化模型--二维随机变截面微管束.采用数值方法研究了粘弹型驱油剂和幂律型驱油剂在单个孔喉和多孔介质微观简化模型中的流动特性.结果表明,对于粘弹型驱油剂,只有当注入强度达到一定值时,粘弹效应才能明显地体现出来,渗流阻力随粘弹性的增强而增加,随孔隙尺度和非均匀程度的减小而增加.对于幂律型驱油剂,其渗流阻力随流体非牛顿性的增强而降低,随孔隙尺度和非均匀程度的变化规律与粘弹型驱油剂大体一致,但是在数值上远小于后者.对比分析驱油剂在岩心中的渗流规律发现,二维随机变截面微管束可作为多孔介质的简化模型,以此作为研究驱油剂渗流机理的基础模型可以避免岩心试验中多因素的综合作用,体现单一因素如流变性、孔隙介质结构和非均质性对驱油剂渗流特性的影响.     

基于流变协同机制的粘弹性非牛顿流体耦合流动与传热问题研究

非牛顿流体在化工、食品、石油及生物工程等许多领域有广泛的应用。人们在非牛顿流体流变特性研究方面已经取得了很大进展,但是对于剪切流动过程中质能传递特性的研究仍然欠缺,多年来一直照搬牛顿流体情况来处理。事实上,在剪切流动中其热、质通过流体微团来输运,非牛顿流体的流变机制不同必然要影响到其质能传递特性的不同。作者基于多年非牛顿流体复杂流动与传热、传质的研究工作,提出非牛顿流体热质输运遵循流变协同机制,应该基于非牛顿流体的流变特性来构建其热质输运本构关系模型。该文以上随体导数Maxwell粘弹性非牛顿流体模型为例,考虑到Maxwell流体的松弛特性,引入Cattaneo-Christov热通量公式,原创性提出基于粘弹性流体流变协同的传热本构方程模型,并推导出基于该本构模型下的粘弹性流体边界层耦合流动与传热问题非线性偏微分方程组。引入适当相似变换及利用同伦分析方法求解得到了问题的近似解,并讨论了相关参数对于流动与传热的影响。     

部分水解聚丙烯酰胺/柠檬酸铝胶态分散体系在多孔介质中的渗流特征

利用胶结砂和填充砂2种多孔介质物理模型,通过岩心流动试验的方法评价了部分水解聚丙烯酰胺/柠檬酸铝胶态分散体系(HACDS)在多孔介质中的流动性能.试验表明:随多孔介质中HACDS注入量的增加,水驱压力波浪式升高;HACDS的残余阻力系数随流速的增加而减小;HACDS的残余阻力系数远大于同浓度的HPAM溶液的残余阻力系数;成胶后的HACDS较未成胶的HACDS具有更好的封堵效果;HACDS具有选择性封堵作用;HACDS的突破压力梯度随流速的增加而增大,而且重复注入后,突破压力梯度大幅提高,是一种较好的调剖材料.     

多孔介质中Sisko非牛顿流体流动特性的分形研究

研究了多孔介质中Sisko非牛顿流体的渗流特性.基于服从分形分布的弯曲毛细管束模型,运用分形几何理论推导出了该流体在多孔介质中的流量和平均流速的分形解析解,从而实现了对Sisko流体在多孔介质中的流动特性与多孔介质的微结构参数相互关系的定量描述,解析表达式中的每一个参数都具有明确的物理意义.研究所得分形模型有助于深刻理解Sisko等非牛顿流体在多孔介质内流动的物理机理.     

幂律流体管内充分发展的对流换热分析

将非牛顿流体的动量方程、能量方程和幂律流体的本构方程相结合 ,建立了幂律流体管内流动和换热充分发展时的对流换热控制方程组 ,并在恒热流和恒壁温边界条件下分别对方程组进行了求解 ,得到了两种不同边界条件下的温度分布和无量纲对流换热系数 (Nu数 )的表达式。结果表明 ,幂律流体的流变指数对流体流动的影响要大于对换热的影响 ;在恒热流边界条件下 ,幂律流体的温度在管内沿轴向呈线性分布 ;而在恒壁温条件下 ,其截面平均温度沿轴向呈指数规律变化。幂律流体的无量纲对流换热系数与幂律流体的流变指数有关 ,并且在两种边界条件下 ,均随着流变指数的增加而减小     

Bingham流体在低渗透多孔介质中球向渗流的分形模型

基于分形理论及广义达西定律研究了非牛顿流体Bingham流体在各向同性多孔介质中球向渗流问题,推导了Bingham流体球向渗透率和启动压力梯度的解析表达式.研究结果表明球向渗透率随径向距离和迂曲度分形维数的增大而减小,随孔隙率的增大而增大;启动压力梯度随径向距离、屈服应力和迂曲度分形维数的增大而增大,同时也随毛细管最大直径的增大而减小.     

幂律流体在裂缝介质中渗流特性的分形分析

非牛顿流体在多孔介质/裂缝介质中的输运特性已成为许多应用科学及工程技术领域的研究热门问题.本文基于分形理论和广义达西定律研究了幂律流体在裂缝岩石中流动特性,得到了幂律流体在裂缝介质中总流量和有效渗透率的分形解析表达式.研究结果表明,幂律流体有效渗透率是裂缝网络结构参数和幂指数的函数.该模型计算结果与已有的模拟实验数据相比较吻合较好,证实了本模型的有效性.     

分形油藏非牛顿幂律液的不稳定渗流

根据分形几何学并结合渗流力学,建立了无限圆柱对称有分形结构的油藏的单相微可压缩、具有起始压力梯度非牛顿幂律液径向流的解析压力不稳定模型,导出了描述分形油藏幂律流的新的偏微分方程。利用拉氏变换和格林函数,得出了分形油藏无限大地层中心一口井在定产量生产时及稳态和不稳态条件下的井底压力解和渐近解。     

大孔道内流体流动规律的物理模拟实验

 油藏大孔道内部形态结构既不同于多孔介质也不同于常见管道, 因此, 大孔道内流体流动规律也应不同于常规渗流及粗糙管流, 为方便表述, 本文定义流体通过大孔道的流动为“洞流”。为深入研究大孔道洞流规律, 以因次分析法为基础, 建立大孔道洞流规律物理模型的相似准数, 通过采用不同比例目数的砂粒, 制备了9 个大孔道洞流规律物理模型, 研究不同壁面突出度条件下大孔道的压降及流量关系。研究结果表明:随着流量的增加, 9 个不同突出度大孔道洞流物理模型的流体流动阻力压力梯度均随流量的增加而逐渐增大, 且突出度越大, 压力梯度的增幅越大;当流速增加到一定程度时, 大孔道洞流规律由线性流转变为非线性流;在相同横截面积及相同流动截面积条件下, 洞流的压降梯度小于渗流, 但大于粗糙管流。     

流体参数对航空发动机液压管路振动特性的影响

考虑了黏弹性系数和脉动流因素,采用牛顿法建立了航空发动机液压管路在基础激励下的非线性流固耦合振动数学模型,并将方程进行了无量纲化.根据梁模型横向弯曲振动模态函数,采用Galerkin法将运动方程在模态空间内展开,利用Matlab和Mathematica软件数值仿真,分析研究了航空发动机液压管路的流体压力、流速、轴向力等参数对振动特性的影响.最后通过实验验证了所得结论与理论相符合.     

幂律流体绕流楔形物体时的层流边界层

从流体力学和非牛顿流体力学的基本方程出发，在未作任何假设的情况下，通过引入合理的相似变量，得出了幂律流体绕流楔形物体时的层流边界层常微分方程及其数值解，该常微分方程及其解在塑性指数ｎ＝１时，与经典流体力学中的方程及解完全相同。     

微圆管中纳微米聚合物流动规律

 针对低渗透油藏储集层孔道微细、孔隙结构复杂等特点,采用管径为20、15、10 μm的微圆管,以纳微米聚合物颗粒溶液为流动介质,研究微圆管中流体微观流动规律,分析纳微米聚合物颗粒溶液的实验流速与压力梯度的关系,研究纳微米聚合物颗粒溶液在窄小孔道中微尺度效应下的微观流动规律,明确在微管内所受微观力和流体动力学特性。研究表明：随着微管内径的逐渐减小,纳微米聚合物溶液的流速均明显减小;随着纳微米聚合物颗粒尺寸和溶液质量浓度的增加,流体流速逐渐降低;实验压力范围内,纳微米聚合物流速与压力梯度基本呈线性关系;微管管径越小,颗粒粒径越大,非达西流动特征越显著。     

水驱粘塑性非牛顿原油渗流特性的数值模拟

针对水驱粘塑性非牛顿原油在地层下呈强非线性渗流特征,建立了描述其流动过程的数学方程; 采用全隐式离散、牛顿－ 拉弗松方法迭代线化,稳定双共轭梯度方法求解,对特定初边条件下二维油藏油水两相流动问题作了数值模拟．结果表明,水驱非牛顿流体驱油效率明显低于水驱牛顿流体     

黏弹性流体环空内脉动层流流动的理论解析

结合运动方程和本构方程,建立同心环空内上随体Maxwell型黏弹性流体在周期性压力梯度作用下脉动层流流动的数学模型,采用固有函数法对模型进行理论求解,得到环空内的速度分布,并讨论各种因素对环空内速度分布的影响。结果表明:受周期性压力梯度作用的影响,环空内的速度随时间呈周期性变化;流体的弹性作用使环空内的速度剖面具有显著区别于牛顿流体的特征。     

牛顿流体在充满多孔介质圆管内的结构流特征

引入研究多孔介质流体流动的体积平均方法和体均原理,采用Darcy阻力经验公式和Forch-heimer修正,得到了多孔介质内流体流动的Brinkman-Forchheimer广义Darcy定律.提出了牛顿流体在充满多孔介质管道内的结构流概念,并通过边界层动量积分计算证实了流核的存在,获得了流核流速和流核半径的计算结果;分析了Darcy数和惯性参数对速度剖面的影响程度.     

黏弹性聚合物溶液渗流数学模型

分析聚合物溶液在简化孔喉模型中的流动情况,建立了综合考虑聚合物溶液特性和多孔介质特征的黏弹性本构模型,并在此基础上建立了聚合物溶液不稳定渗流数学模型,并利用数值方法求解.通过实例计算,对聚合物溶液的特征时间、稠度系数、幂律指数、孔隙因子(喉道长度与喉道直径之比)和注入速度对注入压力的影响进行了分析,绘制了相应的理论图版.结果表明:注入压力随聚合物溶液特征时间、稠度系数和注入速度的增大而增大,随幂律指数和孔隙因子的增大而减小.     

幂律流体不稳定径向流的数值解法

对微可压缩非牛顿幂律流体在均质多孔介质中的非稳定径向渗流方程进行了回顾和对比，用有限差分方法建立了微分方程的数值解法．研究了时间步长、空间步长对数值解精度和稳定性的影响，并结合算例绘出了不同流性指数的瞬时压力曲线．该研究结果可用于非牛顿流体渗流机理研究及试井分析．