承压含水层中孔压变化规律的振动台实验研究

为研究不同地震动作用下承压含水层中孔压变化规律及其主要影响因素,开展了基于地震模拟振动台的承压含水层孔隙水压力变化实验研究。结果表明:①地震动作用下孔压变化形态可分为振荡、振荡上升以及阶升三种类型,孔压变化形态及幅度均与加速度峰值密切相关,而与频率相关度较低;②孔压增量随加速度峰值增大而增大,其增长规律可表示为以加速度峰值为自变量的二次函数;③孔压消散过程基本呈线性规律,且消散速率与加速度峰值大小有关,加速度峰值越大,振后孔压消散速率越快。实验可为后续探究地震动作用下孔压变化信息在含水层中的传递机理提供一定参考。     

深盆气成藏数值模拟

深盆气藏是一种有别于常规气藏的特殊气体聚集类型，在靠近盆地中心的下倾部位致密砂岩内聚气、而在上倾方向渗透性较好的砂岩中含水，并且具有异常压力特征。数值模拟结果表明，深盆气的聚集是一种动态的气、水驱替过程，深盆气藏的异常压力特征也是这一过程中不同阶段气、水流动关系的一种表现。当气体供应速率大于散失速率时为气排水的过程，气、水同向流动，此时气藏表现为超压异常；当气体供应速率小于散失速率时为水排气过程，气、水逆向流动，此时气藏表现为低压异常。供气速率的自然变化导致深盆气的演化过程表现为静压→超压→低压→静压的压力变化过程，伴随着这一压力变化过程的含水饱和度表现为高→低→高的变化过程。大面积致密砂岩的存在、砂岩的低渗透性以及充足的天然气供应都是形成深盆气藏的有利条件。     

多孔介质水体渗流特性研究

针对实际现场承压含水层中水压力传递的滞流效应,通过室内模型实验模拟上游水头变动下,承压含水层中水压力传递的变化;并对其变化规律进行分析研究。在前人研究的基础上,在实验槽中填装4种土样进行实验。对上游突变水头(非稳定渗流)作用下渗流过程水压力传递的滞后性进行研究。观测到上游水头变化与土样中各测点的水头响应有一滞后时间,该传递滞后时间与多孔介质的性质及测量点的间距有关。     

深部含水层二氧化碳运移的热流固耦合模型研究

应用混合物连续介质理论,考虑二氧化碳溶解建立了深部含水层二氧化碳运移的热流固耦合数学模型,利用该模型计算了深部含水层二氧化碳运移过程中二氧化碳饱和度、溶解质量分数和孔隙压力随时间的演化和扩散规律,对比了热流固耦合模型与传统渗流模型的计算精度。计算结果表明：二氧化碳在深部含水层运移过程中耦合效应十分明显且考虑二氧化碳溶解的热流固耦合数学模型具有较高的计算精度,可以满足实际工程需求。     

Ca(OH)_2–H_2O–CO_2系统气液反应结晶实验研究

通过实验方法研究饱和氢氧化钙溶液与CO_2反应结晶生成碳酸钙沉淀的过程.研究不同操作条件对体积传质系数、反应结晶速率以及产品最终粒度分布的影响.实验结果表明:气液体积传质系数随着搅拌速率与气体流量的增加而增加;反应结晶速率随着搅拌速率、气体流量与CO_2体积分数的增加而增加;而晶体平均尺寸随着搅拌速率和CO_2体积分数的增加而降低;气体流量对晶体的粒度分布无显著影响.碳酸钙晶体同时存在生长与聚并现象.     

紫外压印光刻中阻蚀胶残膜刻蚀工艺

针对紫外（UV）压印光刻在压印工艺过程中会产生阻蚀胶残膜的技术特点，采用以O2为反应气体来清除阻蚀胶残膜的反应离子刻蚀（RIE）工艺方法，研究了不同的反应气体流量、反应腔室压力、射频功率等刻蚀参数对刻蚀速率和刻蚀各向异性的影响，得到了刻蚀速率和刻蚀各向异性随各刻蚀参数的变化趋势图．实验结果表明，减小反应气体压力和气体流速可以降低刻蚀速率，提高刻蚀各向异性．通过对刻蚀参数的优化配置，当射频功率在200W、反应气体流速在30mL／min、反应腔室压力为0．6Pa时，刻蚀速率可以稳定在265nm／min，各向异性值可以达到13，因此实现了对压印图质形的高质量转移．     

深盆气成藏数值模拟

深盆气藏是一种有别于常规气藏的特殊气体聚集类型,在靠近盆地中心的下倾部位致密砂岩内聚气、而在上倾方向渗透性较好的砂岩中含水,并且具有异常压力特征。数值模拟结果表明,深盆气的聚集是一种动态的气、水驱替过程,深盆气藏的异常压力特征也是这一过程中不同阶段气、水流动关系的一种表现。当气体供应速率大于散失速率时为气排水的过程,气、水同向流动,此时气藏表现为超压异常;当气体供应速率小于散失速率时为水排气过程,气、水逆向流动,此时气藏表现为低压异常。供气速率的自然变化导致深盆气的演化过程表现为静压→超压→低压→静压的压力变化过程,伴随着这一压力变化过程的含水饱和度表现为高→低→高的变化过程。大面积致密砂岩的存在、砂岩的低渗透性以及充足的天然气供应都是形成深盆气藏的有利条件。     

采场自然发火模拟计算的数学模型及其解法

当采空区内有自然发火时，将产生大量有害气体，使得采场气体成分发生变化，本文根据采空区内有害气体的运移规律，研究采场气体压力、一氧化碳等火灾气体浓度分布，预测采空区自然发火位置。本模拟研究将采场（包括工作面和采空区）作为一个系统，利用弥散动力学和渗流理论，建立采场气体运移的数学模型，采用有限元方法在电子计算机上进行解算，并可对计算结果进行处理和分析。同实测数据或直接物理实验相比，不仅容易实现，而且能提供比物理实验更详细的实验数据。     

页岩储层纳米孔气体传输耦合模型新研究

页岩气在纳米孔隙的传输过程中受多种因素影响,包括孔隙尺寸和压力、孔隙壁面粗糙度、孔隙力学反应、吸附诱导膨胀反应以及权重因子等。因此需要综合考虑以上因素以及吸附气分子在孔隙中所占空间对气体流动影响的条件下,厘清页岩气的不同运移机制（表面扩散、滑脱流、Knudsen扩散和黏性流动）在不同孔隙尺寸和压力下对纳米孔中总气体流量的贡献率。首先,对页岩气的不同运移方式进行了物理描述及数学表征,然后,在考虑孔隙壁面粗糙度、孔隙力学反应、吸附诱导膨胀反应和权重因子等因素的条件下,建立页岩气在储层纳米孔中的气体传输耦合数学模型,模型可靠性通过格子Boltzmann方法计算结果验证。研究结果表明,当孔径小于10 nm时,纳米孔的总流量主要由表面扩散流量组成,孔径越小,表面扩散流量越大;当孔径为40~250 nm和低压条件下,滑脱流和Knudsen扩散对气体传输影响较大;当孔径大于10 μm时,纳米孔的总流量主要为黏性流量。     

天然气地质基础研究中的几项新进展及其勘探意义

通过不同类型干酪根及原油样品的生烃动力学实验，研究了不同母质成气特征，结合实际地质条件对气源灶的有效性进行了研究，提出高效气源灶的概念和评价新指标，实现了对气源灶的定量评价；认为Ⅰ，Ⅱ型干酪根和液态烃在成气时机和先后贡献上构成接力过程，滞留于烃源岩中的分散液态烃是重要的成气母质.煤系成气首先是Ⅲ型干酪根成气，然后是可溶有机质热裂解成气，其中煤系可溶有机质含量高，对成气有重要贡献.以物理模拟与地质分析相结合，指出具备早成藏、晚埋藏、次生作用、构造托举及膏盐悬浮的地质环境利于深层形成优质储层.     

粗糙裂隙溶解过程反应性溶质运移特征

岩体裂隙中溶质运移受对流、扩散和水岩化学反应三种机制控制.分析了不同机制主导作用下，粗糙裂隙溶解过程中反应性溶质运移特征，并分析粗糙度的影响.研究结果显示，粗糙裂隙溶解过程存在4种类型，分别是均匀、非均匀、极度非均匀和均匀-非均匀溶解.其中对流占主导作用条件下，裂隙发生均匀溶解；化学反应占主导作用条件下，流体上游溶解速率高于下游.初始粗糙度对裂隙溶解过程也具有重要影响:初始粗糙度增大会使水岩化学反应速率增大，同时随着水岩反应的进行，裂隙溶解后粗糙度增大.     

无锡地区承压含水层井点定向降水流固耦 合数值模拟分析

无锡地层承压含水层属微承压水接受横向补给,与地表水联系相对较少,稳定性极差,因此当实际施工过程中承压含水层降水量较大时,容易引发周边大沉降,如何设计合理的降水速度是保证该降水安全的关键.考虑固结过程与渗流场的耦合作用,模拟分析不同抽水速率下地表变形过程,合理确定抽水速率和抽水时间,并根据拔桩位置合理布置降水孔位置,进行精准降水,最后与实测值对比,得出结论,在实际降水试验抽水量为15～17.5、18.5～20、21～23 m~3/h情况下,模拟方法得出的地表沉降量与实测值误差不超过5 mm,且沉降随时间的变化规律一致.研究方法可供类似工程参考,相关结论可用于指导无锡邻近地区工程设计.     

含水层砂土压缩变形特性及数学描述

基于FlowTracⅡ增量固结试验系统,通过控制孔隙水压力设计模拟符合承压含水层砂土应力状态和满足抽水条件应力路径的压缩试验,得到了砂土应变与时间关系曲线,探讨分析不同抽水模式作用对含水层砂土压缩变形特性的影响。试验结果表明:在抽水作用下,砂土压缩变形具有非线性和时效性特征;在相同前期固结压力下,砂土压缩变形量随着抽水强度的增加而增大,且变形稳定所需时间也越长;在稳压抽水作用下,砂土的应变率与时间在双对数坐标中呈现较明显的线性关系,其斜率受抽水强度和抽水速率的影响。建立了考虑抽水强度和抽水速率影响的砂土压缩变形与时间、应力的归一化经验公式。研究成果揭示了不同抽水模式下含水层砂土的压缩变形特性,为合理评价抽水引起的地面沉降提供试验依据。     

基于均匀化理论的页岩基岩运移机制尺度升级研究

基岩孔隙是页岩气藏的主要储集空间.页岩有机质孔隙和非有机孔隙具有不同的赋存方式和传输机制:有机质孔隙存在吸附气、游离气两种赋存方式,无机质内仅存在游离气,气体在有机质孔隙存在吸附解吸和吸附气的表面扩散.传统的数值模拟方法未考虑页岩基岩内不同孔隙介质储集方式和运移机制的差异性,未考虑有机质分布结构特征的影响.本文基于均匀化理论建立了考虑页岩基岩有机质分布特征和相应运移机制的尺度升级数学模型,在小尺度模型中考虑有机质和无机质赋存方式和运移机制的差异性.数值模拟结果表明,传统上具有相同宏观运移参数的基岩,若其有机质分布不同,采用尺度升级后的宏观模型计算的压力变化和产量均不同,必须进行尺度升级才能实现复杂结构分布的页岩基岩模拟的准确性.     

气液混输管线气相流量瞬态变化特性实验研究

在大型多相流实验环道上进行了气体流量快速变化的瞬态特性实验。结果表明，气体流量突变产生沿管线衰减传播的压力波，它在分层流中的传播速度大于其在段塞流中的传播速度。气体流量突变后，不同流型下其压力变化趋势相同。在气体流量突然增加的过程中，出现压力过增量；在气体流量突然下降过程中，出现压力过降量。但是，压力在两种流型中的瞬态变化机理不同，分层流中压力的瞬态变化取决于气体的惯性和可压缩性；段塞流中压力的瞬态变化过程则取决于液塞的惯性和液膜区气体的可压缩性。在气体流量瞬态变化过程中还可能出现对应准稳态过程未出现的流型。当气体流量突然增加时，在分层流的瞬态变化过程中可能出现段塞流，在段塞流的瞬态变化过程中会出现冲击性增强的高频段塞流；当气体流量突然降低时，在段塞流的瞬态变化过程中则会出现短时间的分层流。     

大颗粒气力输运的CFD与EDEM耦合计算方法

为掌握冰雹颗粒抛射运动过程规律,以支撑冰雹抛射装置设计,需进行冰雹颗粒气力输运过程计算.通过计算流体力学与离散单元法双向耦合进行冰雹等大颗粒气力输运问题的模拟仿真.通过进行不同气源压力、不同抛射管径、不同抛射管长、不同冰雹流量条件下的计算及对比,得到随着气源压力的增大,冰雹抛射速度逐渐增大,气流流量逐渐增大;随着抛射管...     

溶有甲烷煤油的稳态喷雾特性研究

研究了当溶有甲烷的煤油稳态通过直圆孔喷嘴时形成减压沸腾喷射的喷雾特性，试验使用了基于小角度向前散射理论的激光粒度分析仪和数码照相机，由溶解压力控制甲烷的溶解量，利用溶解气体释放产生的沸腾现象来改善雾化，分析了不同的甲烷溶解量、测量位置、喷射压力和喷嘴长径比对流量系数、喷雾形状和锥角、索特平均直径的影响．研究表明：对应于不同长径比的喷嘴，存在一个溶解度临界值，溶解度大于该值时促进雾化，小于该值时抑制雾化；甲烷的溶入使煤油喷雾锥角急剧增大；喷嘴内部气液两相流的性质对溶气油喷雾特性有很大的影响。     

硅的反应离子刻蚀实验研究

采用SF6和O2为刻蚀气体,在275m(torr)的反应压力下对硅进行了反应离子刻蚀实验研究。通过不断调节射频功率、刻蚀气体的流量等系列对比实验,研究、探索并优化了对硅的反应离子刻蚀工艺条件。实验研究得出的最优化条件:射频功率为120W,SF6和O2的流量为36cm3/s和6cm3/s。在该工艺条件下获得三个重要的刻蚀参数:刻蚀速率为1036nm/min,对氧化物的选择比为56.6,均匀性为4.41。     

激光诱导Cu等离子体发射光谱特性的实验研究

通过实验研究了Ar气下激光诱导Cu等离子体的空间分辨发射光谱.采用的激光能量为350 mJ/pulse,波长范围为440~540 nm.在局部热力学平衡(LTE)条件下,根据谱线的相对强度,得到了等离子体的电子温度在104K以上.研究了原子发射谱线强度、电子温度和半高全宽(FWHM)随空间、缓冲气体压力变化的规律.结果表明,在Ar气中压力分别为100 kPa和50 kPa相比,铜的原子特征谱强度降低而连续谱和氩离子谱线强度增加.同时缓冲气压的增大导致谱线展宽的增大.     

转子转速和气体流量对2524铝合金除气效果的影响

采用水模拟实验和铝熔体除气实验相结合的方法研究了转子转速和惰性气体流量对旋转除气法除气效果的影响及其机理.研究结果表明转子转速和气体流量对除气效果具有重要的影响.随着转子转速的增加,气泡尺寸减小,作用的区域增加,除气速率提高.在一定范围内随着气体流量的增加,气泡数量增加,除气效率提高.但当气体流量过高时,气体在转子与熔体之间产生隔离作用,气泡影响区域减小,除气效果变差.在本研究范围内转速550~690 r/min,惰性气体流量1~3 L/min是合适的工艺参数.