孔隙网络模型模拟人工裂缝渗流研究

传统支撑剂导流能力试验需要耗费大量时间和成本,设备复杂并且对不同流体的适用性较差,基于支撑剂的排列分析和孔隙网络模型的基本原理,本文提出用孔隙网络模型模拟人工裂缝的思想,并建立了模型.以实测支撑剂渗透率作为指导,通过调整模型参数使模型预测结果与实测数据相符;并用所建立的模型对支撑剂的渗透率进行预测,达到较好的效果.针对压裂液和稠油等非牛顿流体,利用调整好的模型研究了非牛顿流体在人工裂缝中的流动特征.本文证明了孔隙网络模型模拟人工裂缝内渗流的可行性,相对于传统支撑剂导流能力试验,本方法经济高效,并且针对不同的流体有更广泛的适用性.     

页岩气多尺度复杂流动机理与模型研究

页岩气储层纳微米孔隙、裂缝结构复杂,存在多尺度流动,气体的流动规律不同于常规气藏.本文对多孔介质内气体流动进行了研究,利用努森数划分不同尺度下气体流态,阐明了不同区域的流动机理和流动特征;综合考虑达西渗流、滑移扩散效应、井筒附近高速非达西效应等多重非线性效应,建立了页岩气储层多尺度统一流动模型.引入页岩气储层基质-压裂缝耦合两区模型,建立了页岩气储层压裂井定压条件下的两区压力分布和产能预测方程,并结合生产实例进行了参数敏感性分析.结果表明:随着滑移扩散系数、分形系数、压裂半径的增大,页岩气井产能增加,且增加幅度减小;考虑高速非达西效应较不考虑高速非达西效应时,页岩储层产能偏低,且高速非达西效应的影响小于滑移扩散对产能的影响.该模型为体积压裂页岩气产能预测及开发指标优化提供了理论依据.     

基于油水产出动态的水驱油藏连通性评价新方法

针对当前连通性评价模型仅能预测产液动态数据、现有分流量方程不能准确表征整个含水变化周期内产出特征的内在缺陷性,基于油水产出动态数据,建立了一种可快速反演水驱油藏井间连通状况的连通性评价新方法.该方法将油藏离散为一系列以生产井为中心的控制单元(CRMP),通过CRMP电容模型和分段含水率表征方程进行井点液量计算和含水率追踪,获取井点处的生产数据;在此基础上,采用新近提出的随机近似梯度StoSAG优化算法实现动态数据预测值与观测值的自动拟合,快速反演连通系数、时滞常数、泄油孔隙体积等参数.应用实例表明,相比于集合卡尔曼滤波(EnKF)算法和投影梯度算法,StoSAG算法鲁棒性更强,油水动态数据拟合效果好,连通性评价结果可靠;相比于单一的Koval方程,分段含水率表征模型能够更好地反映全生命周期内的产水规律,适用范围更广.     

页岩气藏多重介质流体跨尺度传质表征方法研究

页岩气藏多尺度孔隙介质发育、非均质性强,不同尺度介质流体运移机制复杂,明确多重介质流体跨尺度传质表征方法的适用范围对开展页岩气藏数值模拟研究具有重要意义.本文基于体积压裂改造页岩气藏储层多尺度介质分布特征及多尺度介质气体运移特性,以储层不同区域微小单元体为研究对象,分别建立离散介质、拟稳态窜流双重介质、瞬态窜流双重介质表征单元体模型,对比分析不同储层条件和裂缝参数时离散介质模型与不同窜流模式双重介质表征单元体模型内流体产量变化规律,得到页岩气藏多重介质流体跨尺度传质表征方法适用范围.研究结果表明:生产早期不同窜流模式对窜流量影响较大,多重介质渗透率相差越大,生产早期不同窜流模式得到的窜流量相差越大,窜流量差异持续时间越长;采用瞬态窜流或拟稳态窜流双重介质模型可以较为准确地描述干酪根有机质-无机基岩之间流体跨尺度传质规律;无机基岩-次生缝网流体跨尺度运移规律需要采用离散介质模型进行描述.离散缝网耦合干酪根-无机基岩双重介质模型可以比较精确描述体积改造页岩气藏流体运移规律,该模型对开展页岩气藏数值模拟器研究具有重要的理论意义.     

碳酸盐岩油藏酸化施工最优注入条件影响因素分析

碳酸盐岩油藏酸化效果取决于酸蚀岩石生成的溶蚀模式,对于给定的油藏及选定的注入酸来说,溶蚀模式与酸注入地层的速度有关.在最优注入条件下,酸溶蚀岩石形成一些窄且长的蚓孔,这些蚓孔可以穿过井筒周围的污染带,大大地改善甚至是提高近井地带的渗透率.由于技术条件限制,最优注入条件只能通过岩芯尺度的实验或数值模拟得到,而将岩芯尺度的最优注入条件应用到油藏酸化施工中时,需要明确岩芯形状、尺寸比例等参数的影响.本文基于梯形流动单元,使用非结构网格对求解区域进行离散、有限体积方法对控制方程进行离散,数值求解碳酸盐岩酸化反应流模型.定义形状因子和比例因子分别表示岩芯的形状变化和尺寸比例,并研究其对酸化溶蚀模式、最优注入条件等参数的影响.结果表明:以流量表示注入条件时,岩芯形状对最优注入条件没有影响;以最优注入流量将酸液注入不同形状的岩芯得到的蚓孔结构具有相同的分形维数,说明岩芯形状对溶蚀模式没有影响;当比例因子小于1时,最优注入流量随比例因子的增加而增加,当比例因子大于1时,最优注入流量保持不变;径向流对应的比例因子处于最优注入流量保持不变的范围,因此,酸化施工优化设计时的岩芯实验,只需将酸线性地注入岩芯,而不需进行难度更大、成本更高的径向流酸化实验,但实验用到的岩芯截面直径应大于其长度,且将岩芯实验的结果应用于油藏酸化施工时,应使用流量表示最优注入条件.     

多尺度非均质多孔介质模拟及参数灵敏度分析

针对多孔介质非均质固有的多尺度性和单一观测资料的局限性, 提出了将确定性和随机性方法相结合以模拟非均质体, 并以海岸平原沉积环境为例, 来说明并检验. 首先, 依据转移概率矩阵, 判断和划分非平稳不整合面, 并综合水文地层学分析, 建立了区域(大)尺度确定性层序模型. 其次, 利用岩心记录剖面和CPT资料, 确定了水文沉积相的水平平均长度, 建立了各沉积系统的Markov模型, 得到了局部(中等)尺度随机水文相模型. 最后, 层序模型和相模型相结合, 生成了融合定量与定性观测资料,兼具确定性与随机性的多尺度非均质模型. 此外, 为进一步研究模型参数的不确定性对溶质运移的影响, 重建了代表两类非均质模型的多个虚拟体, 并分别用来模拟地下水流和污染物运移的过程. 灵敏度分析表明, 水文相水平平均长度的拉长, 一般会导致污染物弥散云的第1, 2阶空间矩趋于增大.     

光悬浮微粒子旋转特性研究

悬浮光机械系统将微粒子悬浮在空中,较好地隔绝了环境噪声,在诸多精密测量及量子科学领域都发挥着重要作用.利用圆偏振激光驱动微粒子自旋,可以进行扭矩测量、气体辨识及真空摩擦等方面的研究.本文基于光悬浮微粒子旋转动力学模型,搭建了真空光悬浮及旋转实验装置,对悬浮粒子的平均转速和转速波动进行了研究.结果表明,影响光力矩的激光功率越强,激光偏振态越接近圆偏振光,粒子的平均转速则越大.但影响粒子平均转速的主要因素是阻尼力矩,通过降低环境气压以减小粒子的旋转阻尼,其平均转速可大幅提升.通过调控这些实验参数,约4μm直径的球霰石微球在环境气压为0.1 Pa时被驱动至3.93 MHz转速.但在低气压环境下,微粒子的热运动也变得明显,从而导致悬浮粒子的等效激光功率随着热运动而变化,进而使得粒子的转速波动也随着气压的下降而增大.本文首创性地对比了相同气压不同转速下的转速波动,进一步说明了粒子热运动对转速波动的影响规律.此外,本文还研究了不同气压下转速相对波动的变化规律,这为光悬浮转子在陀螺仪领域的潜在应用奠定了基础.这些研究结果对于提升光悬浮系统已有应用以及开拓新领域均有重要意义.     

三门峡水库水沙调度过程的数值模拟研究

针对大部分水库调度模型中水沙输移计算大幅简化且与库水位计算过程间只有单向耦合的问题,本研究构建了基于激波捕捉式有限体积法与河网算法的库区水沙调度模型.该模型采用河段连接单元内水沙质量与动量守恒方程的准二维求解算法,河网算法可以反映干支流交汇角的影响,并且使用OpenMP技术实现了并行求解.该模型的水库调度模块将调度方案表示为5个触发条件和4个调度指令参数构成的调度规则表,由水沙动力学模型向调度模块提供入库监测断面的水沙条件与实时更新的水位库容关系,水库调度模块为水沙动力学模型提供库区下游边界条件,从而实现两者双向耦合.采用2020年三门峡库区实测水沙数据进行了模型验证,库区三个河段的水位、流量和含沙量计算结果与实测值相符,在坝前水位最快下降速度达到2.3 m/h的敞泄排沙时段,数值计算过程稳定且成功预测了出库沙峰.针对近年黄河来沙量减少而潼关高程下降趋势并不稳定的问题,应用模型开展了三门峡水库水沙调度过程的数值模拟研究,通过对不同的汛期和非汛期调度方案的模拟分析,初步确定了坝前控制水位对于年内库区冲淤量和潼关高程影响显著的时期,研究结果可以为三门峡水库调度方案进一步优化提供思路.