有限体积法数值模拟粘弹性聚合物溶液的扩张流动

采用UCM本构方程,描述油藏条件下以第一法向应力差为主要特征的聚合物溶液的流变性.利用有限体积法对黏弹性聚合物溶液在突扩孔道内的流动特征进行数值模拟.绘制了流函数和速度等值线图、轴向距离与中心线速度图.研究了黏弹性的变化对微观波及效率的影响.数值模拟结果表明,聚合物溶液的黏弹性是影响波及效率的主要因素.凸角处的流动区域随着弹性的增加而不断增大,因此滞留区域不断减小,微观波及效率不断增大;具有黏弹特性的聚合物溶液相比于纯黏性的牛顿流体更利于提高驱油效率.     

黏弹性聚合物驱油藏渗流规律及试井模型探讨

实验测定了不同浓度下高分子聚丙烯酰胺溶液在岩芯和流变仪中的流变性,证实了其在多孔介质中流动时存 在“弹性”,且在中等剪切速率范围内（0.1～100.0 s−1）符合非牛顿幂律渗流模式。基于实验取得的认识,利用黏弹性本 构方程表征聚合物溶液有效黏度,建立了黏弹性聚合物驱油藏的不稳定渗流数学模型,利用有限差分方法求得数值 解,研制了相应的无因次试井图版,并对实测试井资料进行了拟合解释,探讨了弹性对聚合物驱油藏试井曲线形态的 影响。研究表明,弹性虽然会造成近井地层压力大幅上升,但几乎不改变试井曲线形态。因而,在黏弹性聚合物驱油 藏试井分析中,可以忽略弹性的影响,应用非牛顿幂律试井模型求取解释参数。     

高矿化度下特殊黏弹性流体的性能评价及驱油机制研究

采用黏度计、流变仪、动态光散射仪和扫描电镜,对交联聚合物凝胶和聚合物溶液的黏度、分子聚集体、分子线团尺寸(Dh)和黏弹性及其影响因素进行研究。采用岩心流动实验和调驱实验装置,评价交联聚合物凝胶的流动性和调剖能力。结果表明:调整溶剂水矿化度、聚合物和交联剂质量浓度可以使聚合物溶液中生成以分子内交联为主的凝胶或以分子间交联为主的凝胶,分子内交联会使交联聚合物凝胶黏弹性大幅度增加,分子间交联对黏弹性影响较小,交联反应先发生分子内交联,然后演变为分子间交联;黏弹性不仅能够提高洗油效率,而且能够提高微观波及系数;与相同质量浓度聚合物溶液相比,分子内交联聚合物凝胶的黏度接近,Dh略大,黏弹性、阻力系数和残余阻力系数明显增大,具有较高的驱油效率。     

黏弹性流体驱替微孔道中残余油滴的水动力学机制

选取上随体Maxwell本构方程建立黏弹性流体在微孔道中的流动方程,运用控制体积法和交替方向隐式(ADI)方法得到流场的数值解,计算流动的速度场和应力场,分析不同弹性驱替液作用在残余油滴上的驱替力,以及不同弹性驱替液驱替时残余油滴的变形,从水动力学角度探索聚合物溶液所具有的弹性驱替残余油滴的水动力学机制.结果表明:与无...     

化学驱中黏弹性驱替液的微观力对残余油的作用

在相同黏度情况下,黏弹性聚合物溶液和无弹性甘油溶液的驱油效率不同,用宏观力不能解释驱油效率产生差别的原因,冈此应分析弹性驱替液和无弹性驱替液作用在残余油上的微观力的变化以及对驱油效率的影响.通过理论分析和可视化驱油试验,计算了弹性驱替液和无弹性驱替液在简化孔模型中的流线和速度,分析了由速度和流线变化引起的微观力的变化及其对残余油的作用,用可视化岩心模制给出了不同黏弹性流体的驱油效果.结果表明,微观力不改变宏观压力梯度,且微观力主要作用在不同类型残余油的突出部分,引起了突出部分的形状变化和运移.     

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.     

黏弹性驱替液所产生的微观力对驱油效率的影响

多孔介质中的驱油效率一般是由宏观驱替压力梯度与油水间界面张力的比值来确定的.但是,当宏观驱替压力梯度恒定时,无法用宏观力去解释黏弹性对驱油效率的影响.为此,分析了弹性和非弹性驱替液作用在残余油上的微观力,以及作用在流动的弹性和非弹性流体中各"点"上应力的异同,用数学方法计算了流体支点受到不同大小应力对微观流线的影响,研究了微观流线的改变对作用在微观残余油上的作用力的影响;通过实验证明了在宏观压力梯度不变的条件下,增大的微观力主要作用在孔隙中各种残余油团的突出部位,使突出部位变形并移动.可视岩心模型实验结果证实了上述计算和分析的结论,给出了不同黏弹性流体对岩心驱油效率的影响,以及考虑黏弹性对驱油效率的影响因素后的数模计算结果,并且与现场大规模聚合物驱的效果以及现场密闭取心结果进行了对比.上述数学模拟计算、分析、实验室和现场试验结果都表明,当驱替液的弹性增加时,作用在残余油的微观力也会改变.结果是,在驱替压力梯度恒定的条件下,黏弹性驱替液比非弹性驱替液的驱油效率高.这种用微观流线和微观作用力的分析方法以及所得到的结论应有助于进一步了解多孔介质中驱油效率的机理,有助于优化驱油方案设计,有助于筛选和研制更好的化学驱油剂和分析注入非牛顿流体和凝胶时出现的现象.     

非均相复合驱非连续相渗流特征及提高驱油效率机制

非均相复合驱是聚合物驱后油藏大幅度提高采收率的重要方法。微流控实验及室内双管岩心流动实验均表明非均相复合驱具有非连续相渗流特征,表现为压力一定条件下微通道内流速仍大幅波动、不同渗透率双管岩心中分流量持续交替变化。综合考虑凝胶颗粒弹性变形特征、聚合物增黏与非牛顿特性、表面活性剂降低界面张力作用及润湿改变等化学剂作用机制,建立非均相复合驱微观渗流格子玻尔兹曼模拟方法。基于微观数值模拟结果,揭示非均相复合驱提高驱油效率机制,颗粒暂堵升压后变形运移、固液增阻导致液流转向、驱替液增黏抑制黏性指进、强化启动微观剩余油,进而提高微观波及系数及微观洗油效率。     

改进的海上稠油黏弹性聚合物驱分流量方程

现有的聚合物驱分流量方程多针对陆上油田建立,且对聚合物流动过程中涉及的物化现象考虑不足,对渤海稠油油藏的适应性较差。为更好的描述海上油田注聚油藏动态,结合现有的分流量方程,考虑了聚合物黏弹性、聚合物老化降解以及原油张弛特性等关键因素的影响,建立了改进的聚合物驱分流量方程,为海上聚合物驱快速评价提供一种有效的预测方法。计算分析表明:聚合物黏弹性、降解效应、原油黏度特性以及不可及孔隙体积等均会对聚驱分流曲线形态产生明显影响;改进后的分流量方程能较准确预测海上聚合物驱动态。     

疏水缔合聚合物驱油数学模型

为了研究疏水缔合聚合物驱油规律和动态,建立了疏水缔合聚合物驱油数学模型。根据室内对疏水缔合聚合物溶液结构的研究成果,采用聚合物线形体和聚合物聚集体共同描述疏水缔合聚合物溶液在多孔介质中的性质变化和渗流特性,同时考虑了疏水缔合聚合物溶液在不同孔渗条件下水相相对渗透率降低能力、不可入孔隙体积系数的变化、吸附滞留与建立流动阻力的关系等物化问题。利用模型对岩芯驱油实验结果进行了拟合,数值模拟结果与实际岩芯驱油结果基本一致。表明该模型能够有效描述疏水缔合聚合物溶液的驱油动态,为疏水缔合聚合物驱的理论研究和现场分析提供了研究方法。     

聚合物熔体在直线型异型材挤出口模内三维粘弹流动分析

利用罚函数有限元法，采用PTT粘弹模型，对聚合物熔体在直线型异型材挤出口模内的三维等温流动进行了数值模拟，得出了不同挤出量下的速度和应力分布．结果表明：口模截面上流动中心位于流动阻力较小的部分，而且这部分的流速较快；必须依据流动阻力的大小来匹配组成口模截面的各部分所对应的成型区长度，流动阻力大的部分，长度应较小，以免产生流动不平衡从而导致挤出物离模后的扭曲；过渡区对熔体在其上游的稳流区和在其下游的成型区内的流动均有明显影响；聚合物熔体的松弛时间对熔体流速无影响，对剪切应力的影响非常小，随着松弛时间的增大，熔体的粘弹性拉伸应力下降，而且熔体粘弹性拉伸应力对总拉伸应力的贡献很大．     

聚合物溶液在波纹管中的流动规律

采用上随体Maxwell本构方程描述聚合物溶液的流变性,用数值方法研究了黏弹性聚合物溶液在油藏孔隙模型——波纹管模型中的流动.分析了具有不同黏弹性质的聚合物溶液在油藏多孔介质中的流动规律.研究结果表明聚合物溶液在波纹管中心线处的流速最大且黏弹性对此处速度的的影响较大;黏弹性聚合物的第一法向应力随威森伯格数(We)的增大而增大,且越靠近壁面处,第一法向应力越大,受We的影响越大;与第一法向应力相比,剪切应力随We的增大变化非常小.     

粘弹性聚合物溶液提高驱油效率机理研究

为了了解聚合物溶液的粘弹性在多孔介质中对残余油的作用机理，描述油藏条件下以第一法向应力差为主要特征的聚合物溶液的流变性，采用上随体Maxwell本构方程，对粘弹性聚合物溶液在油藏孔隙模型——波纹管模型中的流动及其驱替残余油膜的机理进行了油藏工程方法分析，在理论上从力学的角度提出了聚合物驱提高驱油效率的机理。研究结果表明，粘弹性聚合物溶液产生的第一法向应力和剪切应力对油膜的携带作用大于相同粘度的牛顿流体，从而可携带部分残余油膜流动；聚合物溶液的粘弹性越强，作用于残余油膜的第一法向应力越大，对残余油膜的携带力越强，驱油效率越高；多孔介质越不规则，产生的第一法向应力越大，越有利于聚合物发挥粘弹性效应。     

聚合物熔体在曲线型异型材挤出口模内三维粘弹流动数值模拟

利用罚函数有限元法,采用PTT粘弹本构模型,对聚合物熔体在C形和Y形截面异型材挤出口模内的三维粘弹流动进行了数值模拟。在相同挤出流量下,得到了口模内不同截面上的速度和应力分布。对模拟结果的分析表明：异型流道中存在的突出棱角会使局部流道截面的有效流动面积减小,产生收敛效应,收敛角越大,收敛效应越强。因而要保证熔体稳定流动,过渡区与成型区流线必须平滑连接;异型流道中不同的部位熔体所受的剪切和拉伸应力都有所不同,熔体受力历史差异可能导致制品质地不均匀,挤出口模设计中必须考虑熔体受力史。     

三维宽浅河道水流数学模型研究

针对宽浅河道水流的特点,建立了一个基于分层积分降维数值解法的三维浅水紊流数值模型。通过对弯道水流的验证计算,其计算成果和试验值能较好地吻合。笔者等建立的数学摸型特别适合用来解决宽浅河道及河口水流问题。     

黏弹性流动数值模拟的稳定化方法

采用稳定化有限元法对服从Oldroyd B型构成律的黏弹性流动数值分析。应力，速度和压力分别用不连续分片k次多项式Pk，连续分片k 1次多项式Pk 1和连续分片k次多项式Pk逼近，这里k≥0为任意整数。Lesaint-Raviart方法被用于处理附加应力张量的扩对流项。在假设连续问题有一充分小的光滑解的情况下，用不动点定理证明了逼近问题有唯一解，并给出了误差估计。     

液晶高分子流体轴向流动研究

以液晶高分子流体为代表的各向异性流体其流动状况颇为复杂,本文研究柱坐标系下管内液晶高分子流体定常流动,得到了液晶高分子流体管内定常流动的速度场分布.     

聚合物粘弹性及其力学模型

针对经典粘弹性力学模型不能准确描述聚合物材料力学行为这一缺点,建立了一种能反映聚合物材料各种力学现象的力学模型,该模型可以准确地描述聚合物的蠕变行为和应力松弛现象．利用具有不同弹性刚度和粘度的双弹簧双活塞元件,运用流变学和弹性力学原理,得出了聚合物粘弹性的物理模型和数学表达式．文中最后讨论了交变载荷下聚合物的粘流特性,并得到以下结论：(1)在交变载荷下,聚合物的粘性流动与振幅成正比;(2)振动频率存在一个最佳值,只有当频率等于这个最佳值时,其对粘性流动的影响才是最大的。     

偏心环空中内管壁受非牛顿流体作用力的数值计算

由于聚合物溶液特有的非Newton流变性,聚驱抽油机井产生了诸如泵效下降、抽油杆偏磨等问题.为研究非Newton流体对内管壁的作用力,分别选用变系数二阶流体和幂律流体模型,建立了流体在偏心环空中流动的基本方程,以及内管壁受非牛顿流体作用力的数学模型;通过有限差分法对流动的基本方程进行了数值求解;并以HPAM水溶液为例,计算了内管做轴向匀速运动时受非牛顿流体的作用力;分析了压力梯度、偏心度、内管速度等对内管壁受力的影响.结果表明,内管壁所受流体作用力在x方向的合力Tx主要受法向应力差的影响,而合力的方向则受压力梯度、偏心度、内管速度等的共同影响;z方向的合力Tz与Tx相比在工程上可以忽略.