多级交替注入酸压温度场数值模拟

深层碳酸盐岩油气藏在全球油气生产中占据着非常重要的地位,但是由于储层高温导致酸岩反应速度较快,酸蚀有效作用距离短,这严重影响到储层酸压改造的效果。多级注入酸压技术通过交替注入低温的前置液与酸液,持续对储层进行降温,并形成酸液在前置液中指进的现象,大大提高了酸液有效作用距离,因此被广泛应用于现场。为探究交替注入酸压温度场与作用距离的关系以及不同参数对温度场的影响规律,基于有限元方法利用VOF模型和UDF方法模拟了交替注入的酸压温度场,分析了注入速度、黏度比及酸岩反应热对缝内温度场的影响并且优化了4级注入时酸液和前置液的用量比。结果表明,注入速度越大,裂缝壁面温度越低,液体对地层的降温作用越明显,速度提高2倍时,平均壁面温度下降幅度增加35.76%;黏度比越大,裂缝壁面温度越低,黏度比提高1.5倍时,平均壁面温度下降幅度增加5.18%;酸岩反应热越小,裂缝壁面温度越低,酸岩反应热每增加10 kJ/mol时,平均壁面温度下降幅度减少13.26%。从深层储层降温的角度,建议选择酸液与前置液用量比为0.8～0.9,以递减的方式注入,为交替注入施工参数优化提供了一种新思路。     

裂缝型碳酸盐岩储层酸压数值模拟

酸压是碳酸盐岩储层重要的大型增产改造措施,酸压中,准确预测酸液作用距离对酸压设计至关重要,其决定酸压改造范围、影响酸压目标缝长设定及酸压效果预测。裂缝型碳酸盐岩储层非均质性极强,基质较致密,天然裂缝所在区域渗透率很高,酸液滤失严重。目前各种酸压模型假设裂缝面上渗透率均匀分布,也不能考虑天然裂缝对滤失的影响,这些模型预测的酸液作用距离较长,酸压设计缺乏可靠的模拟模型。针对该问题,本文进行了裂缝型碳酸盐岩储层酸压数值模拟研究,首先基于地质统计规律建立人工裂缝面上渗透率分布模型、天然裂缝分布模型,并基于地质统计参数生成裂缝面上渗透率及天然裂缝分布;然后建立酸液流动、酸液滤失、酸岩反应数学、粗糙酸蚀裂缝表面形成过程模拟模型;再将以上模型耦合求解,形成酸压模拟模型。基于该模型,进行了广泛的数值模拟研究,分析了天然裂缝参数对酸液作用距离、酸蚀裂缝表面的影响。研究发现,天然裂缝对活酸作用距离和酸蚀裂缝表面影响显著,考虑天然裂缝时,其作用距离显著低于常规模型预测的距离,酸蚀裂缝表面更粗糙;裂缝型储层酸压设计中,天然裂缝是不可忽略的因素,新模型预测的酸液作用更合理。该研究为裂缝型碳酸盐岩储层酸压设计提供了更可靠模拟工具。     

壁面附着流的非定常气动热力学模型理论研究

我们旨在从理论上研究壁面附着流非定常气动热力学的原理.首先,选择了两个具有NS方程解析解的简化模型：时变的壁面速度与壁面温度边界条件诱发的可压缩非定常无穷大平板附着流动,并求解了（第二问题）其非定常温度场与壁面非定常热通量（即热流）.其次,根据这两个简化模型的解析解,分析了上述模型流动中非定常温度场与非定常速度场相互作用的特征及其对壁面非稳态传热的影响.由能量方程决定的非定常热通量受到由动量方程决定的非定常压缩功和黏性耗散项的直接影响.我们从简化模型中揭示了非定常速度场对非定常热通量影响强弱的的主要参数以及影响规律.最后,基于可压缩边界层方程组,推导了非定常气动热力学的相似性准则.除了表征速度场非定常性的判据Strouhal数Stu,首次提出了表征温度场非定常性的判据Stt.研究结果表明,与非定常空气动力学中仅凭Stu大小即可判断要否考虑非定常因素的传统做法不同,在非定常气动热力学中是否需要考虑非定常因素,应该从无量纲的能量方程出发,根据温度场非定常判据Stt与其他各项系数的相对大小加以综合评估而定.     

水力压裂裂缝壁面上热流密度函数的推导

许多压裂的油气井都具有较高的地层温度 .为了获得最佳的压裂效果 ,在压裂设计计算时应该考虑裂缝中温度变化对压裂液流变特性和滤失速度等的影响 .因此 ,需要建立水力压裂裂缝中的温度场模型 ,用于计算施工过程中裂缝中压裂液的温度随时间和位置的变化 .根据热能平衡方程 ,建立起了滤失和非滤失裂缝缝面附近地层中温度的偏微分方程 ,然后借助于拉普拉斯变换和逆变换 ,获得了这两种情况下 ,裂缝壁面上的热流密度函数 .通过算例分析发现 ,裂缝壁面上的热流密度随注液时间的增加而减小 ;对于滤失性裂缝壁面 ,压裂液的综合滤失系数和地层的孔隙度越高 ,热流密度越低 .     

泡沫酸在动态裂缝中的流动计算

本文建立了动态裂缝中泡沫酸的温度、压力、流速及泡沫质量分布的计算模型,提出了变缝宽裂缝中确定此四参数分布的迭代计算方法。最后的计算结果表明,在泡沫酸酸压设计计算中必须考虑裂缝温度场的影响     

裂缝性油藏酸液滤失模型研究

酸液在酸压裂缝内流动时,有少数较大的岩石孔隙或天然裂缝首先受到过量酸液的溶蚀而迅速增长形成蚓孔,使滤失主要在蚓孔内发生。因此研究天然裂缝性油藏酸液滤失,必须考虑酸蚀蚓孔的影响。基于裂缝性油藏酸压中酸液的流动反应特性,建立了酸蚀蚓孔的增长模型、酸液在蚓孔内流动反应模型和滤失的酸液在地层中流动模型,提出了便于现场应用的裂缝性油藏酸压滤失计算方法;就影响蚓孔增长及滤失的裂缝净压力、蚓孔密度和酸液粘度等因素进行了实例计算分析,对于现场酸压施工中有效控制酸液的滤失具有重要的意义。     

前置液酸压缝中酸液指进的物模与分形研究

针对前人以有机玻璃平行板形成模拟裂缝,模拟指进现象与实际的酸液指进在物理化学背景上存在明显差异的问题。采用与地层矿物类型相近的大理石板和双层钢化玻璃板相结合的方式构成裂缝壁面,利用真实的盐酸作为驱替液,实现了酸岩反应条件下酸液指进的模拟,发现了前人研究中未曾报道的酸岩化学反应和酸液自身重力综合影响下的酸液指进行为。采用分形维数对酸液指进的复杂形态进行定量描述,发现所得的酸液指进形态的分形维数分别为1.86、1.75、1.75和1.81,表明酸液指进形态具有明显的分形特征。为分形理论在酸压设计研究中的应用提供了直接支持。     

基于实验方法的酸压裂缝分形研究

酸压是提高碳酸盐岩储层渗透率的主要措施,酸压裂缝的形成和延伸直接影响到油气井产能。为此,采用分形方法研究酸压过程中裂缝的形成和延伸机理。首先推导出裂缝导流能力与裂缝分形维数之间的函数关系,然后采用造缝后的岩心进行一次酸压和重复酸压实验,测试酸压前后裂缝导流能力的变化,得到一次酸压和重复酸压前后裂缝的分形特征变化。研究表明:酸压裂缝的几何形态及分布具有明显的分形特征,其中一次酸压以酸蚀原始裂缝、促进原始裂缝延伸为主,酸压前后裂缝分形维数明显降低;重复酸压以造新裂缝为主,分形维数较一次酸压明显提高。     

低渗透裂缝型碳酸盐岩酸压气井动态特征分析

低渗透裂缝型碳酸盐岩基质低孔低渗、天然裂缝发育,目前存在的酸压气井动态特征模型没有同时考虑储层基质低孔低渗引起的非达西渗流以及储层裂缝发育造成的储层应力敏感效应。为了分析低渗透裂缝型碳酸盐岩气藏酸压后渗流特征和产量递减规律,建立了考虑酸压改造程度、酸压改造范围、流体低速非达西流动、储层应力敏感的酸压气井渗流模型。首先针对气体拟压力形式的非线性非齐次的渗流方程进行Laplace空间变换,在Laplace空间利用摄动理论线性方程解的叠加原理进行求解,其次基于Duhamel叠加原理考虑了井储和表皮对渗流的影响,采用Stehfest数值反演方法得到实空间酸压气井不稳定产量和压力解,最后基于典型曲线特征分析了四类因素对酸压气井产量递减和井底压力动态特征的影响。结果表明:低渗透裂缝型碳酸盐岩酸压气井存在8个流动阶段,基质-裂缝窜流具有减缓产量递减速率的作用;低速非达西在生产中后期对产量递减影响明显,会削弱窜流对产量递减的补偿作用且明显降低气井产能;应力敏感在生产后期对产量递减的影响凸显,对气井递减率和产能影响较小;改造程度越高,产量递减率越大且产能下降越明显;改造范围越大,气井递减速率越稳产。结论认为:实际低渗透裂缝型碳酸盐岩气藏产能分析中,低速非达西渗流对产能的影响大于应力敏感对气井产能的影响;若以保持酸压气井稳定的产量递减速率为目标,增大改造范围比增大改造程度更重要。     

水力压裂裂缝壁面上热流密度函数的推导

许多压裂的油气井都具有较高的地层温度。为了获得最佳的压裂效果，在压裂设计计算时应该考虑裂缝中温度变化对压裂液流变特性和滤失速度等的影响。因此，需要建立水力压裂裂缝中的温度场模型，用于计算施工过程中裂缝中压裂液的温度随时间和位置的变化。根据热能平衡方程，建立起了滤失和非滤失裂缝缝面附近地层中温度的偏微分方程，然后借助于拉普拉斯变换和逆变换，获得了这两种情况下，裂缝壁面上的热流密度函数。通过算例分析发     

温度对三辛胺萃取乙酸的影响

胺类对乙酸的萃取为化学萃取,反应平衡常数与萃取平衡分配系数有一定联系。将吉布斯方程应用于非理想溶液时,需要作一些校正,从而得出了y-x-T关系式。该式的计算结果与实验值吻合良好,并可得到反应热与浓度的关系,因而可计算萃取塔的热效应。     

生物组织中异常热源信息获取方法

为通过相对简单的热传递模型建立表面温度分布与内部热源之间的关系,从生物传热理论出发,研究了内热源影响下的组织表面温度分布,实现了在表面温度分布已知的情况下得到内部热源的相关信息.基于傅里叶定律和能量守恒定律建立了具有内热源的组织导热微分方程,通过求解微分方程推导出组织表面温度分布与内部异常热源之间的组织传热模型,采用有限元分析方法对该模型进行模拟计算和数值分析.考虑了两种不同情况下的组织内部异常热源信息的获取,所得结果(1.64 cm、1.56 cm、1.55 cm和0.78 cm、1.64 cm、2.55 cm)与根据热断层成像技术估测所得的热源深度(1.6 cm和0.8 cm、1.6 cm、2.5 cm)十分接近,验证了模型的可行性与准确性.     

水化热引起的大体积混凝土墙温度分析

根据已提出的考虑混凝土化学反应速度的热传导方程新理论，分析了水化热引起的大体积混凝土墙的温度场，给出了该问题非线性热传导方程的解析迭代公式，研究中，绝热温升采用了基于Arrhenius理论的有效时间的函数，从而导致求解非线性热传导方程，从计算结果得出如下结论：（a)浇筑温度对大体积混凝土墙的最高温升有显著影响，浇筑温度越高，混凝土墙的内外最大温差越大；（b)由于混凝土的导热系数低，墙中心的温度高于其表面温度，这将导致混凝土墙横断面上不同位置在不同时刻具有不同的水化热化学反应速率；（c）水化热化学反应速率随温度升高而加快，从而使混凝土硬化速度加快，初凝和最终凝固时间缩短，因此，在炎热气候条件下宜采用低热水泥。     

聚酰胺酸改性环氧树脂耐热性的研究

用4, 4′-二氨基二苯基砜(DDS)做固化剂,采用聚酰胺酸(PAA)对环氧树脂(EP)进行改性,研究了PAA用量、固化剂用量和反应时间对环氧树脂耐热性的影响,采用TG测定不同配比、预反应时间及不同固化温度下改性EP的耐热性,利用SEM对最佳配比固化后样品的表面和断面形貌进行了分析.结果表明,改性树脂最佳固化工艺条件为:120 ℃,1 h→150 ℃,1 h→170 ℃,2 h→200 ℃,2 h→250 ℃,2 h;改性树脂配比为mEP∶mPAA∶mDDS=1∶0.75∶0.08;预反应时间3 h,改性EP的热分解温度为411 ℃,比未改姓EP提高了近80 ℃以上;EP/PAA/DDS固化后样品无明显的两相结构,树脂的相容性较好.     

低温环境下煤表面吸附的均匀性试验

 等量吸附热是表征固体表面吸附非均匀性的重要参数.采用高低温吸附仿真实验装置,对九里山无烟煤、新元贫煤、潘北气肥煤进行瓦斯吸附测试,通过计算等量吸附热与吸附量的关系,探讨从常温(30、20℃)降至低温(-10、-20、-30℃)对煤表面不均匀性的影响.结果表明,不同变质程度煤的瓦斯吸附量都随温度降低而增大;在常温时(30、20℃)煤的等量吸附热随吸附量的增大而减小,表明煤表面能量是不均匀的.降温至-10、-20、-30℃时煤的等量吸附热几乎和吸附量无关,表明煤表面是均匀的.煤吸附瓦斯理论Langmuir 方程在低温环境(0℃以下)更加适用.     

摩擦副本体温度的计算模型

本文建立了一个传热系统模型,它只考虑摩擦副接触区的几何形状,表层材料的物理参数和表面上的润滑油的物理参数。通过系统分析和能量方程导出稳定导热方程的定解问题,考虑摩擦副表面和侧面上的润滑油的强迫流动及其对流换热,给出了一个相对简单的摩擦副本体温升的理论解。结果表明,低速情况下,摩擦副接触长度显著影响其本体温升,接触长度愈长,本体温升愈高;高速情况下,接触长度对本体温升影响不大;通过侧面对流换热冷却能有效地降低摩擦表面的本体温升。     

钢坯磨削三维温度场的理论分析

本文由钢坯磨削的特殊几何学首次建立了钢坯磨削半椭圆形面移动热源模型,基于这一模型和传热学分析,得到了热源热强呈矩形分布和三角形分布两种情况下的工件三维温度场的解析解,并进而得到了钢坯磨削中工件表层峰值温度公式:这些结果为钢坯磨削温度的理论分析提供可能,分析指出,高效钢坯磨削温度将很高,而提高工件进给速度和增大磨痕宽度、增大热源长短半(?)比,将有助于减少由此产生的热损伤程度,这些分析为认识钢坯磨削温度问题有重要意义,并且实际磨(?)试验结果和瞬时点热源法的数值计算结果也证实了这一理论分析的有效性。     

手臂三维热传递的有限元分析

联合Pennes方程和W-J方程,建立了基于解剖学的人体手臂三维热传递的分析模型,并利用有限元分析法对三维稳态温度场进行了数值模拟,着重分析了组织的血液灌注率、代谢产热、环境温度和空气对流换热系数等因素对生物组织热传递的影响.结果表明:血液灌注率对保持体温的稳定有重要作用.研究结果对分析人体体表温度分布特征的形成机制具有重要的指导意义.     

气候与环境的数学关系

借助天文学知识和常微分方程理论建立数学模型，反映地表温度与地面接受太阳的短波辐射强度、地面向外放射能量的系数、地表比热系数和远离地面的高空大气温度之间的内在联系，研究了环境对气候和温度滞后现象的影响，得到3个结论：（1）地表温度函数正向Liapunov渐近稳定，即地球具有自我调节地表温度的能力；（2）地面向外放射能量的系数与地表环境几乎无关；（3）某地的比热系数越大，则地表温度与太阳短波辐射强度之间的滞后量越大，地表温度变化越小，环境越舒适．最后根据国家气象局提供的连续5年（1996～2000年）的具体气象资料，分析了北京、武汉、石家庄、大连、桂林、酒泉、敦煌和吐鲁番等8个地区（其中北京、大连和酒泉纬度接近但地理环境明显不同）的日平均温度变化情况，所得结果与模型分析一致，验证了模型的合理性和实用性．