孔隙压力作用下多孔介质蠕变模型分析

为了能够更加准确的模拟实际的多孔介质的蠕变情况,在考虑孔隙压力动态变化对多孔介质的流变变形具有相互影响的情况下将孔隙压力与变形之间存在的密切的相互作用关系引入到流变方程当中。由于传统的Terzaghi有效应力忽略了孔隙压力的变化与应变的相互影响,它无法较准确的描述多孔介质的应变行为,而采用孔隙压力与变形的动态关系描述可以更加模拟接近多孔介质的实际应变行为。并通过数值方法对所构造的包含动态孔隙压力的蠕变方程与传统的蠕变方程的结果进行对比,以突出动态孔隙压力方程的优越性。该成果使模拟实际的多孔介质的蠕变情况更为精确。     

数字岩心孔隙结构的分形表征及渗透率预测

基于多孔介质孔隙结构的分形理论,对9种数字岩心样品的孔隙相和固体相结构进行了分形表征.计算结果表明固体相的分形维数通常要大于孔隙相的分形维数,其分形标度区间的宽度要小于孔隙相的标度区间宽度.这表明数字岩心是一种近似两相分形多孔介质.在此基础上,对9种数字岩心样品的孔隙度、体积分数和渗透率进行了预测.预测结果表明数字岩心孔隙结构的分形理论在描述介质的孔隙度和渗透率方面是有效的.而且在近似两相分形介质中,对固相的分形描述似乎更加有效.当用分形理论对数字岩心样品的渗透率进行预测时,其准确地确定最大孔隙尺寸至关重要.最后,通过对比发现,在预测渗透率方面,采用的FT方法要比目前国际上通用的PNEM方法更加准确,也更加具有普适性和计算成本更低.     

饱和孔隙介质各向异性损伤细观模型

为研究孔隙介质的细观损伤力学及其流-固耦合特性,基于细观力学提出了一个脆性孔隙介质材料各向异性损伤细观模型。同时应用比奥(Biot)弹性孔隙介质理论框架下利用太沙基理论的有效应力概念,将孔隙介质材料各向异性损伤细观模型推广到了饱和条件,建立了一个饱和孔隙介质各向异性损伤细观模型。以法国的一种砂岩为例,分别模拟了三轴排水压缩实验、三轴不排水压缩、不同偏应力水平下增加孔隙水压的三轴压缩实验,数值模拟与实验结果吻合好,说明模型能正确地描述饱和孔隙介质的力学特性和流固耦合特性。     

二重孔隙介质地下水溶质运移模型应用研究

为比较准确地模拟二重孔隙介质地下水溶质运移，本文依据二重孔隙介质法，分别对孔隙岩块和裂隙介质建立相应的溶质运移模型，将孔隙岩块视为作用于裂隙介质的源或汇，对反映岩块和裂隙介质之间物质交换的耦合项进行了数学推导。应用本文方法在济南地区建立起二重孔隙介质溶质运移模型。研究结果表明，此方法更实际地反映出裂隙对溶质较强的传导能力和孔隙岩块对溶质较强的贮存能力。     

煤层中双重孔隙介质渗流理论的应用

 具有裂缝和孔隙两种类型孔隙的多孔介质称为双重孔隙介质.该类介质中裂缝主要作为流体的流动通道,孔隙主要作为流体的储集空间,裂缝和基质的渗透率差异较大.根据双重孔隙介质的概念,煤层具有大量微孔以及连接微孔的节理和裂隙,且孔隙的渗透率一般远小于裂隙的渗透率,因此,多数煤层可以看作双重孔隙介质.     

可变形多孔介质中一维孔隙压力的生成

考虑到可变形多孔介质的渗透系数依赖于孔隙变形的特点，建立了一维孔隙压力生成的力学模型，用初始层校正法来出了摄动解，实例计算了表明渗流的非线性对孔隙压力分布菜明显影响，最后介绍了利用孔隙压力生成过程中，流出试样的非稳定流量确定可变形多孔介质渗透系数的方法，测试时间大大小于传统的稳定渗流方法。     

饱和多相流体孔隙介质内部磁场梯度的探测

饱和流体孔隙介质中存在的内部磁场梯度会对孔隙介质的核磁共振产生显著影响,提出了一种基于（T2int,D）二维核磁共振方法计算饱和多相流体孔隙介质内部磁场梯度的方法,可以计算饱和水以及油水多相流体的孔隙介质中内部磁场梯度．数值模拟与实验测量表明,该方法计算的饱和流体孔隙介质内部磁场梯度是有效的．     

黏弹性流体饱和孔隙介质动力反应分析的显式有限元方法

黏弹性流体饱和多孔介质模型比单相介质或者弹性饱和孔隙介质更接近实际的土层介质,应用该模型研究土层介质的动力响应更为合理。用数值方法研究了半空间黏弹性流体饱和孔隙介质的动力时域响应。根据Biot黏弹性流体饱和两相多孔介质波动方程,采用解耦技术,建立了以固相位移和流相位移为未知量的黏弹性流体饱和孔隙介质动力分析的一种显式有限元法。该方法克服了隐式方法需要求解联立方程组的缺点,具有节省计算机内存空间和计算时间的优点。与解析解比较表明,该算法具有较高的计算精度;最后以一维黏弹性流体饱和孔隙介质为例,分析了黏性系数对动力响应的影响。     

砂岩孔隙结构分形模型及随机网络仿真

建立了砂岩多孔介质孔隙空间分布的分形模型，用改变粗视化程度方法导出了孔隙半径和喉道半径分布的分形模型及相应的概率模型，提出了用实际压汞实验验证上述模型及由压汞数据确定岩心孔喉大小分布分形维数的方法。所构造的网络仿真模型可以体现孔隙空间分布、孔隙大小分布以及配位数的不确定性，实现了将宏观参数（孔隙度，网络面积）与网络微观特征（孔隙结构）相结合。应用本模型可进行多孔介质的水动力学研究及油层物理研究。     

孔隙介质中气体相变超声波测试方法研究

依据孔隙介质中的弹性波理论,以CO2气体为对象,研究了无介质和有孔隙介质两种情况下气体相态转变的超声波测试新方法。结果表明:超声波声速和衰减对CO2气体相变敏感;而孔隙介质可能一定程度地影响了CO2气体的相行为,既改变其饱和蒸汽压,也减缓其相变的突变程度。这种超声波方法有望进一步发展为研究孔隙介质中凝析气相行为的新测试技术。     

多孔介质孔隙度与比表面积的分形描述

根据分形理论，提出了一个描述多孔介质孔隙空间分布的随机分形模型，并根据其构造方法，建立了孔隙度、比表面积与体积分形维数的关系。还利用压汞实验结果初步验证了孔隙的空间分形分布特征，同时根据文中提出的随机分形模型合理解释了压汞实验中的某些物理现象。     

非均匀多孔介质中导热过程

采用控制容积法和界面调和平均导热系数以及图形处理方法,对典型非均匀多孔介质Sierpinski地毯中的导热过程进行分析与模拟计算.结果表明:实际多孔介质中温度与热流分布是不均匀和不连续的,内部结构是影响温度分布和热量传递的主要因素,其影响程度与骨架和孔隙的导热系数、孔隙的大小和分布有关;温度梯度在孔隙中明显变大与孔隙处导热系数很小相对应;热流在孔隙和骨架交界处的局部区域中明显变大,尤其是在方形孔隙的角部出现热流峰值,这与温度发生突变的位置点相对应.研究结果可以推广到更为复杂的非均匀多孔介质的场合,可以进一步认识非均匀多孔介质中的导热规律,为工程计算提供更精确的计算方法.     

基于分形理论的饱和多孔介质电导率模型建立

多孔介质具有复杂的内部孔隙结构,其固体基质的组成成分、内部孔隙的几何形状及其赋存于内部孔隙的液体成分都对多孔介质的电导率有较大影响,因此很难对其导电特性进行准确表征。多孔介质内部孔隙的不规则性表现出极强的分形特性,其分形维数在一定程度上能反映多孔介质的内部微观结构特征,且分形几何理论已经被用于多孔介质输运特性的研究中。为进一步丰富多孔介质电导率模型,促进对微观物理结构如何影响其宏观电导性的理解,本文基于分形理论,以多孔介质微结构参数（孔隙度、孔隙分形维数和曲率分形维数）为基础,建立了多孔介质的电导率模型。以现有试验数据为基础,对推导电导率模型的正确性进行验证,结果表明,两者具有较高的一致性,说明该电导率模型的正确性和有效性。     

低渗砂岩油藏多孔介质特性

以中国石化中原油田W区块低渗砂岩油藏为例,针对目前该区块开发效果逐渐变差,气驱开采发生气窜等问题,以室内实验为基础,结合油层物理、分形理论、渗流机理,利用计算机分形分析软件Frac Lab和Frac Lac分析该区块多孔介质的岩石表面粗糙度、孔隙分布均匀程度和均质性,基于Gaussian分布、Fourier分析工具、幂律定律和最小二乘回归分析等数学基础理论计算出该区块多孔介质的分维数。结果表明：W区块低渗砂岩油藏多孔介质具有分形特征,分维数约为2.58,壁面较粗糙,孔隙内结构复杂,微小孔隙较多,不规则非均质性严重,流动阻力大,且Frac Lab和Frac Lac软件得到的分维数具有较好的一致性。研究结果为低渗砂岩油藏提高采收率、油气渗流规律和多孔介质输运性质的研究提供基础研究支撑,具有重要的现实意义。     

裂缝型多孔介质的平面径向渗流特性研究

根据天然多孔介质微结构的分形标度律,建立了含井孔裂缝型多孔介质平面径向渗流的分形模型,推导了裂隙度和径向有效渗透率的解析表达式,讨论了裂隙度的径向分布规律和有效渗透率与分形维数以及径向距离的定量关系．结果表明：有效渗透率随孔隙分形维数的增大而增大,随迂曲度分形维数的增大而减小,还随径向距离的增大而减小．这些结果验证了模型的正确性．     

各向同性多孔介质中Kozeny-Carman常数的分形分析

Kozeny-Carman(KC)方程是多孔介质渗流领域最著名的半经验公式,长期以来,KC方程及其推广形式被广泛用于估算多孔介质的渗透率.但是,方程中的KC常数是一个没有确切物理意义的经验常数,且被证明并非一个常数值.天然多孔介质中的孔隙分布往往表现出自相似的分形标度律.因此,根据多孔介质的分形特征利用微观几何模型计算了各向同性多孔介质的有效渗透率,并进一步推导了KC常数的解析表达式.结果表明,KC常数是由多孔介质的微结构决定的,是孔隙率和分形维数的函数,且随着孔隙率的增加而增大.     

储层多孔介质中烃类液体非平衡吸附实验研究

油气体系在地层多孔介质中储集和渗流,与储层多孔介质形成一个相互作用的系统.由于储层岩石孔隙小、比表面大,部分流体将吸附于孔隙表面,形成吸附相,进而影响流体相态和渗流规律,尤其在低渗透多孔介质中,吸附现象更为严重.在分析研究多孔介质中液烃吸附特点的基础上,进行了真实岩心中三元烃类液体混合物的吸附实验研究.研究结果表明,对于低渗透储层,吸附的影响不能忽略.     

非饱和多孔介质有效导热系数模型

多孔介质有效导热系数是研究地源热泵、土壤及岩土热储、材料热质传递的重要参数,运用分形理论,建立了一种预测非饱和多孔介质有效导热系数的分形物理模型和相应的有效导热系数计算公式,基于MATLAB数值分析显示模型计算结果与实验测量值具有较好的一致性,并通过该模型探讨了相关微观参数对多孔介质有效导热系数的影响,结果显示弯曲度分形维数、孔隙率与多孔介质导热系数呈负相关,固液相占比、饱和度、固相基质边长与多孔介质导热系数呈正相关,当孔隙率大于78.4%时,导热系数较小的孔隙相对多孔介质有效导热系数影响较大。