页岩气藏数值模拟研究进展

页岩气开发越来越得到人们的重视。页岩气藏渗透率极低、孔隙结构复杂,并伴有天然裂缝、人工压裂裂缝等复杂网络结构,页岩气藏流体流动特征的高度非线性以及开采机理的复杂性对页岩气藏数值模拟提出了挑战。综述了目前用于页岩气数值模拟的地质物理模型,主要包括等效连续介质模型、离散裂缝网络模型、离散化基质模型和混合模型。总结了描述页岩气吸附解吸模型、页岩气藏基质和裂缝流动模型,以及流固耦合模型等研究现状。分析了目前已有代表性页岩气藏数值模拟方法。在此基础上,认为将来的商业化软件地质物理模型将趋向于采用综合考虑基质和裂缝系统特征的混合模型,同时具有局部网格加密和分区采用不同模型的功能。流动模型要既接近于页岩气藏实际特征又利于计算。在优化算法的同时,将解析和数值方法结合提高整体计算速度会是未来商业化软件发展的方向。     

混氢天然气输气站场泄漏扩散数值模拟

将氢气混入天然气管网是目前世界上实现氢气大规模输送的最有效方式。氢气爆炸极限为4.0%～75.6%,上下限范围宽,且分子直径比甲烷小,极易泄漏,给输气站场带来很大隐患。针对多组分物系混氢天然气的泄漏,基于修正的二元扩散系数及热力学因子计算方法,计算了混氢天然气三物系Fick扩散系数矩阵,用来描述混氢天然气中各组分分子间相互运动的传质过程,以FLUENT为平台进行了CFD数值模拟分析,研究发现,混氢天然气泄漏后其扩散受到障碍物及风速等因素的影响;同体积混氢天然气与不含氢天然气泄漏,混氢天然气爆炸下限扩散半径更小;较低含氢量的混氢天然气泄漏后氢气组分爆炸区域仅限于泄漏点附近。研究结果可为站场内发生混氢天然气泄漏扩散提供预警和防护指导。     

电加热强化页岩气解吸的数值模拟

根据电流连续性原理、能量守恒方程和Langmuir吸附模型,建立了多电极加热强化页岩气解吸的数学模型,利用有限差分法进行了求解。讨论了不同电极分布方式下页岩气藏的电场、温度场分布及其对页岩气解吸的影响。结果表明:五点电极加热时电能大部分集中在电极附近,电极附近温度上升较快,地层加热不均匀;排式电极加热方式能够较均匀地加热地层,页岩气解吸效果较好,相对于五点电极加热,解吸率增加约1倍。加热功率为30 k W时,排式电极加热1 a页岩气解吸率达到24.64%,说明了电加热是一种有效的强化页岩气解吸技术。地层温度随加热电功率的增加线性增加,但功率越高,解吸率增加越慢。     

海上溢油扩散的数值模拟

海上大量溢油会严重危害海洋环境资源和地区经济发展,因此研究海上溢油扩散的分布规律具有重大意义。利用CFD商业软件PHOENICS3.6.1对奥里油在恒定流情况下在海面和海下的稳态扩散进行数值模拟,通过对扩散的浓度场分布规律的分析,并与经验数据相对比,表明奥里油在海下的扩散与其它类型的油的扩散有所不同,在扩散的初期油的浓度与水深呈正比例关系衰减,在后期浓度则随水深呈指数型衰减。     

基于FLUENT的氯乙烯泄漏扩散特性数值模拟研究

氯乙烯意外泄漏扩散时,很容易造成人员伤亡和环境破坏。采用Fluent仿真软件对氯乙烯气体泄漏及其外流场进行数值模拟,分析环境风速对气体泄漏扩散的影响。研究发现:在无风条件下,氯乙烯气体泄漏后堆积在近地面,扩散缓慢,泄漏云团整体呈现圆形;当环境风速为2m/s时,氯乙烯气体在环境风、重力和初速度共同影响下,近地面形成了气体云团后,气云逐渐往下风向移动。云团扩大的同时,浓度不断稀释,云团整体呈现椭圆形。     

三维有限元数值模拟的研究

有限元方法是一种工程问题的近似解的数值方法.从有限元解的收敛条件,四面体单元的形函数和四面体有限元格式等方面着手结合三维有限元数值模拟的基本原理进行研究.     

裂缝性油藏有限元数值模拟

本文基于DFN模型研究裂缝性油藏渗流机理,推导其全耦合矩阵形式的有限元解法,建立了基于压力,饱和度的有限元方程。对具有控制油藏渗流的大裂缝特性进行研究,考虑基质毛管力,忽略裂缝中毛管力影响,采用四边形网格,针对DFN模型的渗流问题进行了模拟计算,得到油藏渗流动态结果,为裂缝性油藏的优化开发及精细油藏数值模拟提供理论依据。     

液化天然气泄漏扩散数值模拟

针对液化天然气水面泄漏蒸发产生的低温天然气扩散问题,基于Monin-Obukhov相似理论,使用FLUENT软件,模拟Coyote系列实验3、5.计算结果与实验结果、SLAB和DE-GADIS模型模拟结果比较表明,使用FLUENT软件模拟结果更接近实验数值.同时,通过设定FLUENT软件中壁面的热传导速率和液化天然气的蒸发速率,模拟液化天然气在水面和地面泄漏和扩散过程,结果表明,液化天然气水面泄漏扩散时水面最大体积分数高于地面泄漏扩散情况.     

边坡稳定性的有限元数值模拟建模

本文针对国内某矿,考虑边坡材料的弹性和塑性,在不同的强度折减系数下,利用有限元法对该边坡进行稳定性计算分析,以判断其稳定性和计算出安全系数.由此可说明采用弹塑性有限元法进行计算具有独特的优势.     

复杂边界非饱和模型有限元数值模拟

利用有限元集中质量法对一维复杂边界土壤水分运动数学模型（非饱和Richards模型）进行了数值模拟,并进行了模型验证．模型验证结果表明,该方法计算精度很高,符合实际工作要求．     

基于二次场算法的大地电磁二维有限单元法正演

推导了同时考虑电阻率与磁导率变化的大地电磁二维方程,并应用有限单元法进行数值模拟.为了提高计算精度与效率、简化计算节点生成,采用格林定理处理二次场方程源项,并设计实现了一种基于二叉树结构的收缩网格剖分算法;采用基于最少填入元思想的稀疏矩阵符号分析方法,实现了稀疏线性方程组的LDLT求解.利用二次场算法进行模型试算,结果表明所采用的新计算方法大大减少了计算单元数量,提高了计算精度与效率.     

小井眼套管整圆工具有限元力学计算

玛湖地区是重要的非常规油气聚集区块。在开发过程中发现,压力窜逸引起套管变形损坏,常规套管修复工具无法满足修复要求。因此,设计小井眼套管整圆工具。为评价小井眼套管整圆工具的修复效果,建立套管整圆评价函数,并采用有限元方法建立?127 mm套管变形模型,模拟玛湖地区因压力窜逸引起的套管变形过程,在此基础上建立膨胀锥-变形套管力学模型,模拟小井眼套管整圆工具对变形套管的无损修复过程。在模拟中,变形套管管内面积从8 354.54 mm²修复至8 500.71 mm²,管内面积平均增加约146.17 mm²,套管平均整圆效率约为53.83%。结果表明,小井眼套管整圆工具具有显著的修复效果。本技术可为井筒完整性长生命周期提供技术借鉴。     

美国Appalachian盆地Marcellus页岩气藏开发模式综述

随水平井钻井和分段压裂技术的进步,北美页岩气成功迈入商业化开发阶段,且大型页岩气藏不断涌现,其中以Appalachian盆地的Marcellus页岩气藏最为引人注目。在深入广泛调研国外相关文献的基础上,从地质特征、储层特征、钻井工程、水力压裂、气井生产动态等方面综述了Marcellus页岩气藏的开发模式;并对该气藏的技术进步和开发前景进行了总结。研究结果表明:Marcellus页岩气藏资源量及可采储量巨大,储层物性较好,核心区地层轻微超压、地层主要发育东北和西北走向两组天然裂缝;水平井组是目前主要布井方式,主要采用三段井身结构,水平井段长600~1 800 m;气藏开发初期井距为0.77~1.54口/km2,后期井网加密后井距可达3.09~6.18口/km2;水平井分段压裂段数为4~8段,压裂措施用水量超过18 000 m3,支撑剂用量113~340 t,泵入速度4.77~15.90 m3/min;水平井初期产气量在(4.0~25.0)×104m3/d,单井最终可采储量(0.17~1.13)×108m3。除水平井钻井和分段压裂技术外,其它多项技术也得以发展和进步。Marcellus页岩气藏开发模式综述可为国内页岩气藏的开发提供参考。     

涪陵页岩气储层含气性测井评价

针对涪陵页岩气泥质含量高、电阻率测井响应识别气层存在偏差的问题,开展了含气性测井定量表征方法及应用研究。涪陵地区页岩储层的黏土矿物主要为伊利石、伊蒙混层和绿泥石;随深度增加,黏土矿物含量减少,但伊蒙混层占的比重增大。利用有机碳-密度测井曲线交会法、有机碳-铀测井曲线交会法以及声波-电阻率曲线法等三种方法计算TOC含量;对比岩心实验结果,密度曲线拟合的相关系数最高。利用测井曲线计算得到的含气饱和度、流体压缩系数、岩石弹性模量、游离气量、吸附气量等参数可以实现对储层含气量的定量表征。涪陵地区页岩气纵向、横向含气量测井评价实践表明,龙马溪组下部——五峰组页岩气储层自下而上可划分为中、高两个含气段,且该区页岩气储层横向含气量稳定,具备应用水平井开采技术等增加单井产量的地质条件。     

页岩气深度富集带理论研究及应用

页岩气是一种自生自储的非常规天然气资源。研究表明：页岩含气量分布特征主要受页岩储层埋深、储层构造形态、有机碳含量以及储层物性等因素的影响。页岩气是吸附气、游离气和溶解气三种赋存状态的动态平衡。通过页岩气的勘探与开发实践,我们获得重要的理论认识：页岩含气量与地层埋深是一种抛物线关系模型,即页岩深度富集带L-W模型。页岩气勘探开发实践表明,向斜为页岩气富集的主要构造控制因素。因此,在我国总体构造运动比较强烈的地质背景条件下,寻找构造运动比较弱的部位,比如地层产状比较平缓的向斜地区,确定有利勘探方向的页岩气目标区域。     

基于板梁组合的自动扶梯结构分析

本文结合工程实际,利用国际通行的有限元分析软件ANSYSS对自动扶梯进行了结构分析,并得出了结构设计和安装工艺处理的方案,消除了安全隐患,提高了自动扶梯工作的可靠性,为企业带来了巨大的经济效益和社会效益。     

考虑非达西和气水相渗的页岩气支撑裂缝缝内气相导流能力研究

水平井分段压裂是页岩气有效开采的关键技术之一,压后支撑裂缝成为页岩气渗流的重要通道。页岩气压后产量大,并伴有压裂返排液或地层水的产出,缝内呈现非达西气水两相渗流状态。本文通过修正支撑裂缝导流能力的测试行业标准,建立了气测非达西渗流支撑裂缝导流能力计算模型,通过实验数据证实了考虑非达西效应后导流能力下降幅度约为50%;同时本文基于支撑裂缝气水两相渗流相渗计算公式预测了不同含水饱和度和束缚水饱和度下气相导流能力均呈现不同程度的下降趋势;研究认为页岩气压裂施工设计时不宜采用传统行业标准进行优化,应确定支撑裂缝导流能力的真实值。     

ABAQUS在工作辊冷轧薄板有限元动态模拟中的应用

本文首先对工作辊冷轧薄板在ABAQUS中的有限元建模要点进行了说明,其次对计算得到的数据进行了处理。通过对计算结果进行分析,发现计算结果是令人满意的,从而证明了使用ABAQUS分析软件对工作辊冷轧薄板进行有限元动态模拟是可行的。