毛细压差对Robertson-Stiff流体启动压力梯度的影响研究

运用Robertson-Stiff(RS)型非牛顿流体理论研究了石油钻井和完井过程中钻井液和水泥浆在多孔介质中的渗流特性.针对毛细压差的影响,运用分形几何理论建立了RS流体的启动压力梯度的解析模型,模型表示为流体特性参数、介质结构参数和压降的函数.运用模型分析了毛细压差对启动压力梯度的影响表明,对于低孔隙度多孔介质,毛细压差的影响不能忽略.RS流体分形模型的建立为研究宾汉姆、幂律和牛顿流体提供了便利.     

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.     

单毛细管中卡森流体的分形分析

研究非牛顿流体类卡森流体在单毛细管中的流动特性。根据弯曲毛细管的分形特征,推导该流体在单毛细管中的流量、流速、启动压力梯度和有效渗透率的分形解析解,所得分形模型将卡森流体的流动特性与毛细管的结构参数有机联系起来。     

单毛细管中Ellis流体的渗流特性分析

研究Ellis非牛顿流体在单毛细管中的流动特性。根据弯曲毛细管的分形特征,推导出Ellis流体在单毛细管中的流量、流速和有效渗透率的分形解析解,所得分形模型将Ellis流体的流动特性与毛细管的结构参数有机联系起来。     

分形毛细管中Reiner-Philippoff非牛顿流体的有效渗透率研究

研究分形毛细管中Reiner-Philippoff(RP)非牛顿流体的渗流特性。考虑到弯曲毛细管的分形特性,给出了该流体在其中的流量、流速和有效渗透率的解析模型,此模型将RP流体的流动特性与分形毛细管的结构参数有机联系起来,由该模型可知,有效渗透率随着迂曲度分形维数的增大而减小,这为理解RP等非牛顿流体的流动提供便利。     

粗糙裂缝型多孔介质渗透率的分形模型

多孔介质渗透率的研究在油气藏、地下水文学、燃料电池、纤维织物等诸多实际应用工程领域具有重要的应用价值.该文基于分形理论和达西定律,提出了牛顿流体在粗糙裂缝型多孔介质中渗透率的分形模型.研究结果表明粗糙裂缝型多孔介质的渗透率是正弦波动幅度因子、裂缝面积分形维数、孔隙率及最大裂缝宽度等多孔介质微结构参数的函数,每个参数都有明确的物理含义,能清楚揭示影响粗糙裂缝型多孔介质渗透率的物理机理.为了证实渗透率分形模型的有效性,将该模型与已有模型和数值模拟结果进行对比,整体结果吻合较好.     

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。     

分形油藏分段压裂水平井压力动态

为分析分形油藏渗流机理,基于分段压裂水平井渗流特征,建立了分形油藏分段压裂水平井试井解释模型,应用Laplace变换和Stehfest数值反演求得了定产条件下不同边界类型分形油藏分段压裂水平井井底压力半解析解.结合某油藏储层特征参数对分形油藏流体流动形态进行划分并研究了天然多孔介质自相似参数对井底流体流动形态的影响.研究结果表明:分形油藏分段压裂水平井井底主要存在井筒存储、过渡流、拟线性流、拟双线性流、边界影响流等五个流动阶段,天然多孔介质自相似性的不规则程度对流动形态影响较大,多孔介质中传导率异常影响相对较小.     

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。     

非牛顿流体在多孔介质和霍尔电流效应下的几类精确解

非牛顿二阶流体的运动方程是一个高维的非线性微分方程,其精确解求解非常困难.本文利用逆方法求得非牛顿流体在多孔介质和霍尔电流效应下的几类精确解,所得的精确解有助于人们认识和理解非牛顿流体的流动特性.     

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.     

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.     

多孔介质球向渗流的渗透率分形模型

基于分形理论与技术，该文研究了牛顿流体在多孔介质中球向渗流问题，提出了牛顿流体球向渗流渗透率模型，分析了多孔介质的微结构参数对球向渗透率的影响.研究结果表明，球向渗透率随孔隙面积分形维数和孔隙度的增加而增加，随迂曲度分形维数和径向距离r的增加而减小；本模型预期结果与Chang和Yortsos的模型相比较吻合较好，证实了球向渗透率分形模型的正确性.     

非牛顿流体在多孔介质中渗吸现象的研究

基于分形理论,研究非牛顿Bingham流体在多孔介质中渗吸现象,得到Bingham流体在多孔介质中的渗吸高度与渗吸累积质量的分形解析表达式.研究结果表明,屈服应力越大,达到平衡时渗吸高度越小,累积质量也越小,这与实际物理现象相吻合.在渗吸的初期阶段,Bingham流体在多孔介质中渗吸速度比较大,然后逐渐减小直至达到平衡高度.渗吸初期如果不考虑重力因素.若Bingham流体屈服应力τ0=0,则流体在多孔介质中渗吸累积质量与渗吸时间平方根呈线性关系.     

平板通道中热局部非平衡对努塞尔数的影响

利用傅里叶级数,研究了多孔介质平板通道中Darcy流体热局部非平衡对努塞尔数的影响.考虑流体流动方向的热传导以及固相和流相相互作用的粘性耗散,根据热局部非平衡的两能量方程模型,得到了常壁温时多孔介质固相骨架温度和孔隙流体温度的解析解.针对不同的物性参数,给出了局部努塞尔数的分布特征.通过参数研究,揭示了热局部非平衡时强迫对流努塞尔数的响应特征.     

固体颗粒在逾渗多孔介质中的吸附特性

采用数值计算的方法,通过求解描述低速流体流动的Stokes方程以及简化的颗粒运动方程,初步得到颗粒在逾渗多孔介质中的运动轨迹,并在此基础上,求得颗粒与多孔介质内表面的碰撞概率,进而研究颗粒的被吸附特性.数值结果表明均匀多孔介质和分形多孔介质对颗粒的吸附存在本质差异.颗粒流出概率(实际中常表示为出口悬浮液中的颗粒浓度)与多孔床深度间的指数关系仅对均匀多孔介质成立,而对分形多孔介质并不成立.     

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.     

Sisko流变模型的钻井水力计算方法与分析评价

Sisko流变模式能够准确地描述钻井液流变性,基于广义流性指数给出了该模式水力计算模型。根据RabinowitshMooney方程给出了其管流流量方程,同时基于槽流模型给出了其同心环空流量表达式。根据管流特性参数,引入Reed与Pilehvari定义的管流有效管径,将其扩展应用到环空,定义了适用于该流体的新环空广义流性指数及有效管径。通过有效管径将Sisko流体管内、环空流动与牛顿流体管流流动相关联。通过理论推导给出了广义雷诺数表达式,该式不以广义流性指数是常数为前提,进而给出了流态判别模型,建立了统一的压耗计算模型,得到了适用于该模型的水力计算方法。通过与多组已公开发表的实验数据对比,运用该方法计算的压耗与实测数据吻合很好;说明运用此模型能够很好地预测非牛顿流体管内及环空流动压耗。     

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。     

基于多孔介质传热模型探测堤坝渗漏

岩土体发生渗漏,集中渗漏通道内的流体与岩土体会发生热量交换,造成渗流通道附近地层温度发生改变.结合集中渗漏通道自身特点将渗漏通道视为多孔介质通道,考虑固相和流相相互作用的能量耗散和流体流动方向的传热效应,基于饱和多孔介质能量方程建立流体在多孔介质通道中的传热模型.根据确定的边界条件,利用叠加原理和分离变量法得到多孔介质在局部热平衡时温度的解析解.将该模型应用于工程实际,将工程实测的温度数据及参数代入模型,反演出渗漏流速.结果表明,所建立的传热模型是可行的.