多孔介质伴有相变多相流的热-流-固耦合数学模型

本文在前人物理分区的基础上,认真分析各区渗流特点,考虑"凝析气、液相变作用、非达西效应、热交换、相速度及流体性质"等因素,引入非达西因子及由于相变产生的毛管力、表面张力,提出了表征凝析气藏多相高速流相变渗流特征模型方程,同时考虑汽化潜热及流固热耦合,推导出流-固热耦合能量方程,建立了相应的多孔介质中伴有相变的多相流-固-热耦合渗流数学模型.     

应力敏感气藏产能方程研究

针对应力敏感气藏开发存在变渗透率的问题,定义了新的考虑应力敏感的拟压力,并从气体多孔介质渗流力学理论出发,建立了考虑应力敏感影响的气藏二项式产能方程,讨论了该方程参数     

采空区场流数值模拟程序(G3)实现与应用

基于非均质多孔介质漏风渗流方程、分相气体(瓦斯、氧、CO)渗流-扩散方程和多孔介质渗流综合传热方程,建立了采空区安全(瓦斯、自然发火等)分析数值模型,开发了用迎风格式有限元方法联立求解计算机程序(G3).结合Y形通风形式采空区的求解实例,展示了G3能够适应各种复杂边界条件,并给出工作面开采条件下采空区内各相气体和温度变化的图形分布解G3中采空区按冒落非均质介质处理;考虑了瓦斯涌出对自燃的耦合作用,并能反映工作面推进、通风量等因素影响关系.可操作性好,能对各种情况做任意性模拟试验,便于从理论上描绘采空区漏风流态,动态描绘了瓦斯、氧、CO浓度和温度的分布状态及其变化过程.图7,参16.     

蠕变作用下多孔介质渗流的固流耦合数学模型

针对岩体是一种可变形的多孔介质,岩体在荷载作用下发生蠕变的问题,岩体孔隙度、渗透率等物性参数随之变化;同时,孔隙和渗透特性的变化又引起压力场、速度场的改变,带动蠕变特性的变化。在研究渗流的过程中,考虑岩体蠕变的影响,基于岩体流变力学和渗流力学理论,应用对应性原理,建立了含有蠕变参数的动态应力平衡方程,推导了蠕变作用下多孔介质渗流的固流耦合数学模型。     

考虑毛细滞后的未饱和多孔介质传热传质模型

本文从热湿迁移机理出发，通过在液相渗流中引入毛细滞后的影响，采用液相运动的最小梯度假设，建立了未饱和含湿多孔介质在考虑毛细滞后效应时传热传质的较普遍的模型理论．并对方程中的热湿迁移特性系数进行了分析，为进一步发展确定热湿迁移特性的有效实验方法提供了依据。     

考虑毛细滞后的末饱和多孔介质传热传质模型

本文从热湿迁移机理出发，通过在液相渗流中引入毛细滞后的影响，彩用液相运动的最小梯度假设，建立了未饱和含湿多孔介质在考虑毛细滞后效应时传热传质的较普遍的模型理论，并对方程中的热湿迁移特性系数进分析，为进一步发展确定热迁移特性的有效实验方法提供了依据。     

非均匀材料耦合热弹性问题解的存在唯一性

考虑非均匀材料耦合热弹性问题,此问题中含有关于瞬态位移场的动态热弹性方程和关于瞬态温度场的动态热传导方程,在求解时需考虑动态强耦合的温度场和位移场. 本文基于热弹性本构方程建立了描述均匀材料热弹性行为的相关模型,并利用Fadeo-Galerkin方法,证明了非均匀介质耦合热弹性问题弱解的存在唯一性.     

低渗透多孔介质变渗透率数值模拟方法

 根据流体在低渗透多孔介质中的渗流特征,建立了低渗透多孔介质数学模型,通过引入无因次渗透率变化系数描述低速非达西渗流规律,并基于黑油模型数值模拟系统,开发了低渗透多孔介质变渗透率数值模拟软件。采用矿场实际数据,分别使用达西渗流、考虑启动压力梯度为常数的拟线性渗流和变渗透率渗流模型,对五点井网进行模拟计算,对比分析了不同渗流规律下的油井产油量、含水率、含油饱和度及不同时间的地层渗透率分布。结果表明,变渗透率渗流模型计算的油井产油量、含水率和含油饱和度分布介于达西渗流和拟启动压力梯度渗流模拟结果之间,油水井附近地层渗流能力强,远离主流线地层渗流能力弱;井距越小,地层渗流能力越强;流体在低渗透多孔介质的渗流过程中,达西渗流仅发生在井筒附近小面积区域内,地层大部分区域发生变渗透率渗流,且占据了地层渗流的主导地位,变渗透率数值模拟方法弥补了其他方法未考虑渗透率变化因素的不足,变渗透率数值模拟软件能够更准确地预测流体在低渗透多孔介质中的流动特征。     

多孔介质中微观力的作用及渗流模型

在现有微尺度流动实验和理论认识的基础上,建立了包含范德华力、静电力、空间位型力、表面张力等微观力的特性方程,分析了影响多孔介质中流体流动的微观力种类和作用范围.通过建立考虑微观力作用的圆管流动数学模型,构造了考虑微观力作用的多孔介质的毛管束网络数学模型,推导了考虑微观力作用的相对渗透率模型.通过模拟分析阐明了微观力在多孔介质壁面上的作用及对渗流的影响.模拟结果表明微观力在细小孔隙流动中不可忽略.     

分形扩散的渗滤模型

多孔介质系统在多个尺度上具有复杂的非均质结构 ,多孔介质中的扩散过程要比体相中的扩散过程复杂得多 ,且表现出许多奇异的特点。以渗滤网络作为多孔介质的理论模型 ,建立了分形多孔介质中扩散和弥散过程的离散模型。分析了奇异扩散的机理 ,在此基础上建立了奇异扩散和弥散的幂律关系。应用扩散的离散网络 ,建立了广义扩散方程 ,推导了多孔介质的等效介质理论 ,得到了扩散系数的微观解释 ,为扩散过程的模拟提供了理论依据。     

分形渗流基本公式及分形油藏样板曲线

对具有双重分维(管径分维和迂曲分维)多孔介质中流体的流动,导出了渗流速度、渗透率及孔隙度的公式,证明了这些公式在不同的坐标系中都是成立的,并在不同的坐标系中建立了微可压缩流体的渗流偏微分方程,即分形渗流的压力扩散方程.给出了线源条件下压力降落解和压力恢复解.对于考虑井储及表皮的实际井筒也求得了相应的解,并绘制出无限大地层的样板曲线,给出试井解释的方法、步骤.结果表明,对所研究的双重分形介质,用传统的压降半对数直线段试井分析、压力恢复的豪纳(Horner)法以及GringartenBourdet图版的曲线拟合法会带来较大误差,特别是迂曲分维较大的情形,以上方法是不适用的.     

Experimental study on moving boundaries of fluid flow in porous media

Researches on the boundary shape of fluid flow in porous media play an important role in engineering practices, such as petroleum exploitation, nuclear waste disposal and groundwater contamination. In this paper, six types of artificial porous samples （emery jade） with different porosities are manufactured. With the background of slow flow in porous media, laboratory experiments are carried out by observing the movement of five types of fluids with different dynamic viscosities in various types of porous media. A digital video recorder is employed to record the complete process of the fluid flow in the porous media. Based on the digital photos of the moving boundaries of fluid flow in porous media, the average displacement and fractal dimension of the moving boundary are estimated for different combinations of porosity and dynamic viscosity. Moreover, the evolution behavior of the average velocity and fractal dimension of the moving boundary with time is known. The statistical relations of the average velocity, the fractal dimension of the moving boundary and the porosity of porous media and the dynamic viscosity of fluids are proposed in this paper. It is shown that the front shape of the moving boundary of fluid flow in porous media is an integrated result of the porosity of porous media and the dynamic viscosity of fluids.     

有启动压力梯度渗流的数学模型

围绕低渗透问题和Bingham流体渗流问题，从推广的达西定律入手，详细推导了其渗流控制方程，讨论了初始条件和各种边界条件．并且考虑到表皮效应和井筒储集常数，引入有效井筒半径，将控制方程和边界条件无量纲化，建立了有启动压力梯度渗流问题的数学模型，为有启动压力梯度油藏开采提供理论依据．并给出了无网格方法的数值模拟结果．     

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.     

采动围岩中参变渗流系统的稳定性分析

用谱截断法讨论了采动围岩渗流系统在时变渗透特性和时变边界条件下的动力学响应.在对采动围岩的渗透特性和边界条件时变特性提出几点假设的基础上,考虑水的压缩性,建立了Forcheimor型非Darcy渗流系统的动力学方程.用Chebyshev配点法将系统的控制方程降阶为含有限个状态变量的非线性常微分方程组和由状态变量表示的边界条件和初始条件,用自选步长的四阶Runge-Kutta法分别得到采动围岩渗流在时变渗透特性和时变边界条件下的动力学响应;根据数值计算结果提出系统的失稳条件,通过研究渗流系统失稳,分析了煤矿突水的机理.研究结果表明:当渗透特性和边界压力在某段时间内满足一定条件时,采动围岩渗流系统可能失去稳定性,即发生突水;在周期性压力边界条件下,系统可能在新平衡位置附近产生周期运动,也可能失稳.     

柱状多孔媒质结构中声导波

根据Ｂｉｏｔ多孔媒质声学理论及多孔媒质界面边界条件,导出了腔内为流体的柱状多孔媒质结构中任意周向波数声导波的广义色散方程。数值计算了其中轴对称和非轴对称声导波的色散特性,考察了流体多孔媒质界面特性及多孔媒质中慢纵波对声导波色散特性的影响。结果表明,利用Ｂｉｏｔ多孔媒质声传播模型和多孔媒质界面边界条件,可以求得柱状多孔媒质结构中任意周向波数声导波的色散特性     

反映动态启动压力梯度的低渗透油藏渗流模型

基于流体边界层理论,建立了一种描述在低渗透油藏流体非线性渗流特征的新模型,获得了动态启动压力梯 度的连续变化函数。应用考虑动态启动压力梯度的非线性渗流模型,建立了一维单相流体流动的数学模型,并应用全 隐式方法对离散方程进行了线性化处理;对比研究了线性渗流模型、拟线性和反映动态启动压力梯度的非线性渗流模 型下地层压力的分布特征及流体非线性渗流系数对动边界扩展的影响。数值结果表明：受动态启动压力梯度的影响 在近井区域地层压力下降幅度更大,在远井区域的地层压力越高,地层压力下降范围更小;非线性系数数值越小,流体 流动的非线性程度越强,动边界的扩展速度越慢。     

一类多孔介质抛物型方程组解的渐近性态

为了描述物理学中多孔介质力学、流体力学、气体流量等问题3种介质的反应扩散问题,研究了一类具有3个变量耦合且同时具有加权非局部边界和非线性内部源的多孔介质抛物型方程组解的渐近性态,打破常用的第一特征值等构造上下解的方法,而采用常微分方程方法构造了该方程组的上、下解,引用比较定理,证明得到了由幂函数和指数函数完全耦合的一类抛物型方程组解的存在及爆破问题,在推广了已有的结果的基础上,为多孔介质及流体力学等问题提供理论支持.     

多孔介质地下水非达西渗流研究进展

文章简要回顾近几十年来多孔介质中,地下水非达西渗流研究方面已经取得的研究成果;对一些重要问题如非达西流的描述方程、非达西流与达西流临界点的判断标准以及介质非线性和水流非线性等问题进行了重点评述,并探讨了今后的研究方向.