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。     

大尺寸可视化酸液指进模拟装置研制及应用

裂缝中的酸液指进是酸压过程中发生的重要现象,目前多采用模拟手段进行研究。然而现有物理模拟实验与实际酸压过程缺乏必要的相似性。鉴于此,建立相似准则并确定相似比例尺,研制出了大尺寸可视化物理模拟装置并进行了模拟实验。与前人类似装置相比,该模拟装置具有三板双缝的结构特点,不仅可考察不同黏度差、密度差以及不同注酸流量、不同温度下的指进行为,还可进行酸岩反应、酸液滤失和不同裂缝倾角影响下的中低压酸液指进可视化模拟。模拟实验发现酸液指进形态复杂,需要在定性研究的基础上,对其演化规律进行定量表征。     

电解沉积的分形维数与ZnSO4溶液浓度的关系

用电沉积方法得到了不同浓度硫酸锌电解 分形凝聚图像,进行图像处理,得到了其分形维数与浓度的关系曲线,用粒子扩散限制凝聚模型解释了此关系。     

线状凝聚核聚集生长的模拟与实验研究

在传统二维DLA模型的基础上提出一个线状凝聚核聚集生长模型,利用该模型对线状凝聚核聚集生长过程进行计算机模拟,同时利用电解沉积金属锌的方法进行相应的电化学沉积实验研究,最后通过计算凝聚物的分形维数对模拟和实验结果进行验证。模拟结果显示,线状凝聚物的生长区域主要位于凝聚核尖端位置的邻近区域,凝聚核每一尖端部分引起的生长类似于一个点凝聚核的生长情况;相应实验得到的电沉积物的整体形态与模拟结果十分类似。凝聚核的形状不但影响凝聚物树枝的分布结构与形态,还影响凝聚物的分形维数。     

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。     

气凝胶分形结构的生长机制模型与计算机模拟

探讨了气凝胶形成过程的分形动力学特征,在扩散限制集团凝聚（ＤＬＣＡ）模型的基础上,考虑溶胶粒子的密度和能量分布对凝胶化过程的影响,建立了关于气凝胶分形结构生长机制的溶胶活性粒子模型．利用Ｃ语言编制了模拟凝胶生长过程的软件,该软件具有图形模拟和数值模拟两种功能,主要输入参数为溶胶粒子密度和溶胶反应的活化能以及图形边界条件,当模拟凝聚到一定程度时,软件可自动存储图形数据．利用该软件对气凝胶的分形生长过程进行模拟,得到了形成凝胶的各阶段分形图像,以及凝胶分形维数的变化,确定了气凝胶分形结构生长的两种模式．     

碳酸盐岩储层闭合酸化模拟研究

酸压裂缝生产一段时间后导流能力会逐渐降低,常采用闭合酸化来提高已酸压裂缝的导流能力,闭合酸化模拟对闭合酸化设计意义重大,因此,针对该问题进行闭合酸化建模及数值模拟。首先,基于达西定理、物质平衡原理、酸岩反应动力学建立闭合酸化数学模型;然后通过地质统计学中的序贯高斯模拟算法生成具有非均质性和空间关联性的初始裂缝宽度空间分布和裂缝表面基质渗透率分布;利用有限体积法对模型进行数值求解,用C++编制模拟计算程序;最后基于该模型进行广泛的数值模拟研究,分析酸液分布规律、裂缝表面溶蚀规律、酸液作用距离的影响因素及规律,并形成各种条件下的酸液作用距离图版。研究表明,初始裂缝宽度和裂缝表面粗糙度对裂缝表面溶蚀形态起主导作用,裂缝面溶蚀形态有均匀推进、指进溶蚀和沟槽溶蚀;裂缝宽度越小、粗糙度越大,裂缝表面溶蚀竞争越强烈,越容易形成沟槽,酸液作用距离越远;排量、注酸量正相关于活酸作用距离,酸液传质系数负相关于活酸作用距离;典型的施工排量、酸液用量、常用的酸液类型下,闭合酸化中酸液作用距离为20～60 m。此模型可以预测不同条件下酸液作用距离和酸蚀裂缝表面溶蚀形态,优化闭合酸化参数,为现场闭合酸化施工设计提...     

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。     

碳酸盐岩酸蚀蚓孔分形模型及酸化参数优化

碳酸盐岩基质酸化的主要特征是形成酸蚀蚓孔,蚓孔在欧氏空间上被认为是无序和杂乱无章的,采用经典数学方法对蚓孔进行实验模拟和数学描述难度较大,但准确描述酸蚀蚓孔的穿透深度对施工参数的优化和提高酸化效果具有重要意义。基于此目的,首先完成了多组岩芯酸化流动实验,采用CT扫描得到了蚓孔的真实形态,引入“盒维数”计算方法,对实验得到蚓孔的分形性进行了验证,并求取了不同蚓孔形态的Hausdorff分形维数。结果表明,实验得到的酸蚀蚓孔具有较好的分形性,且分形维随着溶蚀形态的变化而不同,范围在1.19~1.98,最优排量对应的分形维数在1.6左右。其次,将室内实验和分形几何数学方法相结合,建立了酸蚀蚓孔等效长度分形计算模型,并对影响蚓孔等效长度的因素进行了敏感性分析。     

Numerical Modeling of Dendrite Growth in Al Alloys

Dendritic grains are the most often observed microstructure in metals and alloys. In the past decade, more and more attention has been paid to the modeling and simulation of dendritic microstructures. This paper describes a modified diffusion-limited aggregation model to simulate the complex shape of the dendrite grains during metal solidification. The fractal model was used to simulate equiaxed dendrite growth. The fractal dimensions of simulated Al alloy structures range from 1.63-1.88 …     

多孔介质粘滞指进中的毛细效应

建立了考虑毛细效应时多孔介质中二相流驱替的物理模型及动力学方程,提出了一种求解此类方程的近似方法,通过计算机模拟,得到了相应驱替前沿的分形生长图形,与未考虑毛细效应时的图形比较,发现其孔隙尺寸范围的分枝结构变弱,其表面相对光滑,分维值减少,从而证实了毛细效应的孔隙尺寸范围抑制指进型分枝结构的结论．     

沉积岩孔隙结构的二维分形模型及两相流模拟

建立了沉积岩孔隙结构的二维分形模型,引入了描述沉积岩孔隙结构的参数分布分维Ｄ和半径比γ,并利用该模型对大粘滞比情形下沉积岩中的两相流驱替进行了计算机模拟,结果表明粘滞指进型与结构参数存在密切关系．当半径比较小而分布分维较大时,指进型明显地呈十字形生长,而当半径比较大而分布分维较小时,指进型表现为完全无序的分支结构．通过数据拟合,得到了指进型分维与结构参数的表达式．     

电力电缆介质击穿特性和状态监测方法

在对绝缘介质击穿特性分析的基础上提出了一种电力电缆状态监测方法．建立了含有缺陷点的绝缘介质击穿模型，指出电缆绝缘层内部及表面存在空洞、夹杂物和隆凸不平是缺陷产生的内在因素，缺陷点处的击穿概率较大．推断电缆的水树具有分形结构，属于有限扩散凝聚生长模型．借助于含有缺陷的绝缘击穿模型，利用电力系统固有的干扰作为信号源，直接测量电缆屏蔽层的损耗电流，监测电力电缆绝缘运行状态．仿真结果表明，当绝缘介质树化时，损耗电流的分形维数大于1，分形维数可作为判定电缆绝缘状态的依据．     

气溶胶凝聚粒子的分形模拟

分析了大气气溶胶特性的研究意义及气溶胶粒子的分形特征.基于DLA模型模拟了不同原始微粒数目凝聚生长的分形气溶胶凝聚粒子,并将模拟结果与实验观察结果相比较,验证了模拟结果的可靠性.给出了凝聚粒子分形维数随原始微粒数目的变化曲线,结果显示,原始微粒数目直接影响凝聚粒子的分形维数.     

分维度随相互作用的变化

讨论了粒子之间的相互作用对其分形聚集的影响.根据SAK模型导出了分维度与相互作用能的关系,结果表明:随着粒子间相互吸引能的增加,聚集的分维度减小.从而解释了现有的实验结果和计算机模拟结果.     

DLA集团形貌演化的计算机模拟

在二维正方网格上,利用与传纯扩散有限凝聚 DLA 方法不同的分形生长模型,研究了具有不同扩散半径的拉子无规行走凝聚过程.计算机模拟结果表明,随着拉子扩散半径的增加,分形集团在二维正方网格上按如下系列“无序分形→枝状结构→类十字结构→十字结构”的形貌演化.与去噪声 DLA 模型相比,本文所述模型能够更为方便的得到各向同性或各向异性的分形生长集团     

三维分形聚集生长的计算机模拟

采用AGG模型(AggregationGenerationbyGenerationModel)在3种不同的近邻条件下和5种不同尺寸的网格中分别模拟了三维分形聚集体的生长过程,并计算了相应的逾渗阈值和分形维数。计算结果表明,分形聚集的逾渗阈值仅取决于空间维数和近邻条件,与模型的网格大小无关,是分形系统固有的临界属性。生长概率等于逾渗阈值时,聚集体可以无限生长并保持分形维数恒定;此时,分形维数只是空间维数的函数。