超稠油掺稀油开采实验及数值模拟研究

蒸汽吞吐是增加稠油产量的一种经济而有效的方法，但该方法存在热损失大等问题，使注汽效果达不到预期的目的。采用在注蒸汽过程中向地层掺入稀油的方法来降低地层稠油的粘度，实验研究了超稠油掺稀油后粘度的变化，并按非线性混合方法计算了稠油与稀油混合后的粘度。通过数值模拟，考察了掺稀油的注入量、注入方式、注入时机、注稀油后的生产时间等参数对开发效果的影响。结果表明，在掺稀油开发超稠油的过程中，焖井结束后可适当延长生产时间，以增加周期产油量；掺稀油的最佳注入时机应选在第3或第4周期开始；周期注入稀油的量为10-15m^3，在此范围内，换油率较大；稀油的注入方式按2-3个段塞注入比较合适。注汽过程中掺稀油的方法可在很大程度上改善超稠油的开发效果。     

超稠油直井-水平井组合蒸汽辅助重力泄油物理和数值模拟

研究了中深层超稠油油藏在直井蒸汽吞吐中后期,用直井注汽水平井采油的方式转蒸汽辅助重力泄油（steam as-sisted gravity drainage,SAGD）开发的机理。应用高温高压比例物理模拟方法,研究了水平井布于直井斜下方时SAGD蒸汽腔的形成和扩展过程。结果表明,转SAGD的初期以蒸汽驱动作用为主并逐步向重力泄油作用过渡,并可划分为蒸汽吞吐预热、驱替泄油、稳定泄油、衰竭开采4个开采阶段。利用数值模拟优选了布井方式、井网井距、水平井段长度、转SAGD时机和注采参数。该模拟方法在辽河油田杜84块超稠油油藏开发中取得了较好的现场试验效果。     

超稠油直井-水平井组合蒸汽辅助重力泄油物理和数值模拟

研究了中深层超稠油油藏在直井蒸汽吞吐中后期,用直井注汽水平井采油的方式转蒸汽辅助重力泄油(steam as-sisted gravity drainage,SAGD)开发的机理.应用高温高压比例物理模拟方法,研究了水平井布于直井斜下方时SAGD蒸汽腔的形成和扩展过程.结果表明,转SAGD的初期以蒸汽驱动作用为主并逐步向重力泄油作用过渡,并可划分为蒸汽吞吐预热、驱替泄油、稳定泄油、衰竭开采4个开采阶段.利用数值模拟优选了布井方式、井网井距、水平井段长度、转SAGD时机和注采参数.该模拟方法在辽河油田杜84块超稠油油藏开发中取得了较好的现场试验效果.     

旋流式混合器对油管掺稀降粘效果影响的数值模拟

利用FLUENT软件对油管掺稀降粘工艺中安装井下旋流式混合器时稀油与稠油的混合效果进行了数值模拟,并与不加混合器时的混合效果进行了对比。结果表明：井下混合器有助于提高稀油与稠油的混合均匀程度,使得降粘效果得到明显改善;随着举升高度的增加,有混合器时稠油与稀油混合达到均匀也较快;掺稀比越大,降粘效果越好,但混合的均匀程度并没有随着掺稀比的增大而进一步得到改善。     

蒸汽吞吐井泵下掺稀油开采工艺的研究

稠油油田蒸汽吞吐井生产后期,在泵下掺稀油能延长生产周期,增加周期产量。经室内测试及回归分析得出稠油掺稀油后的粘温关系式,提出了确定掺油时机的技术界定参数,确定了合理的稠油与稀油的掺合比例,分析了掺稀油参数对生产工况的影响。     

春光油田稠油井筒掺稀降黏室内实验研究

使用自主研制的稠油井筒掺稀降黏评价装置对春光油田稠油进行了掺稀降黏室内实验,研究了温度场对掺稀效果的影响,同时对掺稀位置及掺稀比进行了优化。通过设定4个恒温水浴温度分别为90℃、70℃、50℃及40℃来近似模拟井筒不同位置处的温度,开展了不同条件下的掺稀效果研究。结果表明,在70℃井段,稠油降黏率为41%~69%;泵下掺稀降黏效果最好,出口处(40℃)原油降黏率达到86%。在模拟日产量为6 t的实验过程中,对5种不同掺稀比的掺稀效果进行了对比分析,得到掺稀比在18%~22%时,原油黏度可以满足井筒安全生产的要求。     

注蒸气采油掺稀油生产工艺的进一步研究

胜利单家寺油田在蒸气吴吐生产后期采用泵下掺稀油生产稠油工艺已取得显著的社会效益和经济效益。本文对该工艺的现场试验与实施效果作了分析，并通过对现场生产数据的回归分析，绘制出确定掺油时机的实用图版。利用该图版可进一步改善生产效果。分析认为，蒸气驱采油井生产初期也 用泵下掺稀油的生产方式来维持正常生产，但应确定停止掺稀油的时机，并论述了其原则和方法。     

稠油井筒掺稀降黏模拟研究

掺稀降黏是超稠油井筒举升过程中有效降低井筒摩阻的方式之一。针对现有的掺稀优化评价方法,根据掺稀工艺建立了超稠油井筒掺稀降黏模拟装置,通过和旋转黏度计测量结果对比,结果表明该装置能够适用于井筒降黏模拟测量。在此基础上,模拟不同掺稀比条件下的井筒黏度变化。对比结果发现,井筒掺稀降黏是一个动态的变化过程;沿着井筒流动,稀油不断分散稠油,降黏效率也不断增大。     

稠油井筒掺稀降粘模拟研究

掺稀降粘是超稠油井筒举升过程中有效降低井筒摩阻的方式之一。针对现有的掺稀优化评价方法,本文根据掺稀工艺建立了超稠油井筒掺稀降粘模拟装置,通过和旋转粘度计测量结果对比,结果表明该装置能够适用于井筒降粘模拟测量。在此基础上,模拟不同掺稀比条件下的井筒粘度变化。对比结果发现,井筒掺稀降粘是一个动态的变化过程,沿着井筒流动,稀油不断分散稠油,降粘效率也不断增大。     

煤粉壁摩擦特性的实验与模拟

为了研究仓壁材料性质、粒径对煤粉运动壁摩擦角的影响,用Jenike剪切测试仪,测试不同粒径煤试样在不锈钢板、碳钢板、环氧板3种常用仓壁材料上的运动壁摩擦力.结合Jenike松散物料流动理论,探讨了不同粒径煤试样运动壁摩擦系数的变化.结果表明:仓壁材料表面的粗糙度越大,煤粉的运动壁摩擦系数越大;材料刚度越大,煤粉的运动壁摩擦系数也越大;水分一定时,煤试样中小粒径煤粉含量越多,壁摩擦系数越大.同时,用离散单元法(DEM)对这一壁摩擦过程进行模拟研究.分析比较模拟结果和实验结果表明:数值模型能够有效模拟实验过程,仓壁材料粗糙度、刚度以及煤粉粒径对壁摩擦系数的影响规律与实验结果相同.     

岩石分形节理光弹实验与数值模拟研究

从分形几何的观点出发，根据岩石结构面具有统计自相似特征，采用Mandelbrot-Weierstrass函数在聚碳酸脂板人为生成不同分维的分形曲线来模拟岩石节理不同的粗糙度，对该试样进行了一系列单压和压剪光弹实验。运用ANSYS系统，通过对模拟分形节理实验过程的数值模拟，研究了定量刻划节理粗糙性的分维对应力场分布变化的影响，并与光弹实验结果作了对比分析。研究表明，数值模拟结果与光弹实验结果有较好的一致。     

109国道冻土路基动力融化固结研究

在冻土路基非稳态温度场控制方程和融化固结理论模型的基础上,以109国道橡皮山地区典型路基土体粉质黏土制做的圆柱体力学模型为研究对象,采用有限元软件ABAQUS建立计算模型,并与室内试验结果对比,提出了土体冻结和融化过程中的温度场和融化沉降的变化规律.研究结果表明:在动荷载作用下,土样变形量随时间而增大,最终达到了稳定形式,而在不同幅值动荷载作用下,土样变形量存在明显差异,在一定的范围内,动荷载幅值大小对冻结土体融化速率作用有限.     

可压缩双组分混合层的直接数值模拟研究

通过数值求解可压缩Navier-Stokes方程模拟了三维可压缩双组分混合层问题,着重研究了双组分密度比和可压缩效应对混合层发展演化的影响.研究表明,随着密度比的增大,混合层扰动增长率降低.在混合层发展初期,可压缩性作用尤其是斜压效应对旋涡的发展起主导作用;在混合层发展后期,可压缩性影响减弱,旋涡的拉伸扭转效应占主导作用.同时,还分析讨论了可压缩混合层中湍流的转捩及拟序结构的演化过程.     

塔河油田深层稠油掺稀降黏技术

针对塔河油田超深层稠油储层地质特点和稠油性质,进行了稠油掺稀降黏室内实验和现场试验.室内实验分析了塔河油田稠油黏度的影响因素(稠油特性、温度、压力、含水、流动状态、溶解气、矿化度).讨论了塔河油田稠油掺稀降黏的原理及降黏规律,并采用2口井的稀油对3口井的稠油进行定温条件下不同掺稀比例的稠油降黏实验.实验结果表明:掺稀比例和稠、稀油黏度差等因素都会影响降黏的效果.当稠油与稀油以体积比1:1混合后,稠油黏度下降幅度较大,降黏率一般大于95%.现场试验表明,各种掺稀降黏工艺管柱及工艺均能适用于塔河油田不同开采方式、不同含水情况下油井的正常生产,工艺的普适性较好.塔河油田深层稠油油藏掺稀降黏效果明显,投入产出比为1:7.     

Direct numerical simulation of particle-fluid flows in turbulent mixing layer

The coherent structures of a three-dimensional temporally mixing layer and the associated dispersion patterns of particles are numerically studied using a pseudospectral method for fluid and the Lagrangian approach for tracing particles at different Stokes numbers without consideration of particle-particle interactions. The results show that the particles with Stokes number of the order of unity have the largest concentration near the outer edges of the large-scale spanwise vortex structures. The study validates the effect of the streamwise large-scale structures on the particle distribution along the spanwise and transverse directions and it enhances with the development of the three-dimensionality of the mixing layer, which results in a ‘mushroom’ shape of the particle distribution in the spanwise direction.     

直线运动下移动火源燃烧实验和数值模拟

为了研究直线运动下移动火源的燃烧特性,对风洞中做直线运动的蜡烛火焰在不同工况下的燃烧进行了实验,并运用Fluent软件进行数值模拟对比分析.研究结果表明:当移动火源与空气的相对速度为0.44 m/s时,风作用和车作用2种不同情况下火焰都向同一个方向偏转,但火焰形态差异较大,前者火焰短而宽,后者火焰细而长,且后者燃烧温度更高.绝对静止燃烧和相对静止燃烧时,前者火焰呈左右对称图形,后者火焰向火源运动的反方向偏转,后者燃烧温度更高.因此,移动火源与静止火源燃烧有区别,不能利用相对运动的概念来分析移动火源燃烧.     

Direct numerical simulation of three-dimensional coherent structure in plane mixing layer

The three-dimensional temporally evolving plane mixing layer is sinulated by directly solying the Navier-Stokes equations using pseudo-spectral method. The process of loss of stability, and the formation paring, and development of vortex are presented. The simulated result shows that the evolving characteristics of coherent structure are important mechanism of growing and entrainment of mixing layer.     

油井水力压裂的三维数值模拟

为了研究油层岩石在水力载荷作用下的裂纹扩展及渗流行为,采用渗流应力耦合模型对水力压裂过程进行了三维有限元方法数值模拟研究.预设裂纹用粘结单元来模拟,裂纹的起裂和张开用单元的损伤因子表征.为了使得在裂纹扩展过程中,流体压力能随裂纹扩展动态地跟踪加载到裂纹面上,给出了流体压力在裂纹内传递的模型,并编写用户子程序予以实现.模拟结果得到了水力压裂过程中岩石中的应力分布、孔隙压力分布、压裂液的滤失以及裂缝的几何形态.分析了压力和隔层等因素对裂纹几何形态的影响.该研究结果对石油工程中压裂方案设计及故障诊断有一定的理论参考价值.