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基于双孔扩散模型的瓦斯扩散系数压力依赖特性数值分析研究

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煤炭学报 2024年

作者：冯小军邓狮狮刘泉霖王恩元中国矿业大学安全工程学院

瓦斯扩散系数作为描述瓦斯在煤层中迁移能力的关键参数，其准确性对瓦斯运移的预测和控制有重要影响。现有的双孔扩散模型研究中，瓦斯扩散系数通常被视为常数，这忽略了煤体复杂孔隙结构中瓦斯扩散系数随气体压力的变化，导致瓦斯扩散... 详细信息

瓦斯扩散系数作为描述瓦斯在煤层中迁移能力的关键参数，其准确性对瓦斯运移的预测和控制有重要影响。现有的双孔扩散模型研究中，瓦斯扩散系数通常被视为常数，这忽略了煤体复杂孔隙结构中瓦斯扩散系数随气体压力的变化，导致瓦斯扩散系数与气体压力之间的关系至今尚未厘清。为深入探究煤体瓦斯扩散系数的压力依赖特性，采用理论分析与数值模拟相结合的方法，开展了不同粒径煤颗粒在不同吸附平衡压力条件下的瓦斯解吸实验，通过引入压力依赖扩散系数，建立了压力依赖的双孔扩散模型（EPBDM），并结合粒子群优化算法，对大孔、微孔的压力依赖扩散系数进行了反演，然后，通过数值模拟和模型对比，分析了扩散系数的压力依赖特性及时空演化规律，并进一步对模型的可靠性和适用性进行了分析讨论。结果表明：（1）大孔、微孔扩散系数与相对瓦斯压力之间呈正相关关系。（2）同一粒径煤样，大孔扩散系数随初始平衡压力的增大而减小，微孔扩散系数随初始平衡压力的增大而增大，二者变化趋势相反；同时，随着煤样粒径的减小，大孔、微孔扩散系数均呈现出减小的趋势。（3）在时间和空间尺度上，煤粒内部大孔、微孔扩散系数随解吸时间的增加而逐渐减小，且受压力变化影响，减小速度逐渐变缓，扩散系数总体呈现出非均匀变化的特征。（4）与传统的双孔扩散解析模型（CBDM）相比，压力依赖的双孔扩散模型模拟结果与实验数据高度吻合，拟合效果明显更优，能更好地反映瓦斯扩散过程中大孔、微孔扩散系数的真实变化情况。研究成果可为深入揭示煤体瓦斯扩散机制提供理论和方法依据。

关键词：扩散系数压力依赖性双孔模型数值模拟粒子群优化算法

基于双孔模型的含流体各向异性介质地震波场数值模拟

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科学技术与工程 2017年第2期17卷 155-160页

作者：阮韵淇李世凯李天文晓涛油气藏地质及开发工程国家重点实验室(成都理工大学) 成都610059 成都理工大学能源学院成都610059 成都理工大学地球物理学院成都610059

裂缝的存在是诱导地下介质产生各向异性的主要原因,而裂缝中的流体则能够对地震波产生十分明显的能量衰减。本文基于双重孔隙介质理论,对含流体各向异性介质的地震响应特征进行了数值模拟,发现双孔介质的各向异性与介质的渗透率、裂缝... 详细信息

裂缝的存在是诱导地下介质产生各向异性的主要原因,而裂缝中的流体则能够对地震波产生十分明显的能量衰减。本文基于双重孔隙介质理论,对含流体各向异性介质的地震响应特征进行了数值模拟,发现双孔介质的各向异性与介质的渗透率、裂缝密度、有效压力和频率均有重要联系。基于衰减各向异性理论,推导了含流体各向异性介质二维三分量应力-应变关系,结合旋转交错网格有限差分法,通过数值模拟给出了双孔介质中地震波的传播规律,结果表明裂缝密度的增大能够显著地增强介质的各向异性,使得q P波和快慢q S波垂直或平行于裂缝面的波前面均更接近椭圆,且流体的存在能够对q P和q S波相速度造成较为显著的衰减。

关键词：双孔模型衰减各向异性旋转交错网格含流体介质有限差分

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基于双孔模型的低孔低渗油气层测井综合评价

特种油气藏 2013年第5期20卷 62-67,153-154页

作者：任培罡施振飞侯斌郑以萍曹书坡中石化江苏石油工程有限公司江苏扬州225007 中石化江苏油田分公司江苏扬州225007

以苏北盆地低孔低渗储层为研究对象,以提高单层测井解释符合率为目标,结合前人关于储层形成机理、沉积微相的研究成果,运用600多口井的相关数据,通过地质与测井的有效结合,分区块、分层段进行了测井综合评价研究。研究内容包括储层区域... 详细信息

以苏北盆地低孔低渗储层为研究对象,以提高单层测井解释符合率为目标,结合前人关于储层形成机理、沉积微相的研究成果,运用600多口井的相关数据,通过地质与测井的有效结合,分区块、分层段进行了测井综合评价研究。研究内容包括储层区域分类,有效孔隙度、渗透率、饱和度等解释模型的建立等。研究形成的苏北盆地低孔低渗储层解释方法,使储层参数定量计算结果与岩心分析结果的相对误差达到行业标准。通过122口新井验证,储层单层测井解释符合率在83%以上。

关键词：低孔低渗储层储层参数计算有效性评价储层分类流体性质识别双孔模型

南阳重塑非饱和膨胀土的变形和含水率变化特性

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岩土工程学报 2024年第2期46卷 426-435页

作者：牛庚孙德安陈盼邵龙潭孔亮吴迪缪玉松陈凡秀青岛理工大学理学院山东青岛266520 中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071 上海大学力学与工程科学学院上海200444 大连理工大学力学系辽宁大连116085

为研究水-力作用下非饱和土变形和含水率变化特性,采用非饱和土三轴仪,对非饱和膨胀土开展了吸力平衡、等向固结和三轴剪切试验,实时监测土的变形和含水率变化,综合分析了水-力作用下土的变形和含水率随时间的变化规律,并以“双孔”模... 详细信息

为研究水-力作用下非饱和土变形和含水率变化特性,采用非饱和土三轴仪,对非饱和膨胀土开展了吸力平衡、等向固结和三轴剪切试验,实时监测土的变形和含水率变化,综合分析了水-力作用下土的变形和含水率随时间的变化规律,并以“双孔”模型为基础框架,揭示了水-力作用下土的变形和含水率变化机制。研究表明:在吸力平衡和等向固结过程,非饱和土的变形和含水率随时间变化规律不同,变形在相对较短时间内达到平衡,而含水率达到平衡耗时更长;在三轴剪切过程,剪缩变形量与孔隙水排出量随时间基本上呈线性变化。随着吸力增大,含水率达到平衡所需时间增长,但对变形达到稳定耗时影响不大。净围压增大会增长含水率达到平衡的时间,然而对变形达到稳定的耗时影响不大。改进“双孔”模型,外力基本上只影响集聚体间孔隙;含水率变化会引起土颗粒重新排列,进而影响集聚体间孔隙;集聚体间孔隙水迁移速率相对较大,颗粒间孔隙水迁移速率相对较小。

关键词：非饱和土变形含水率三轴试验双孔模型

基于双孔隙模型研究刺槐林地和苹果地水量平衡要素的差异性

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水土保持研究 2023年第5期30卷 138-145页

作者：郭天崎黄明斌朱谧远张锐西北农林科技大学资源环境学院陕西杨凌712100 西北农林科技大学水土保持研究所黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室陕西杨凌712100

[目的]明晰刺槐林地和苹果园水量平衡要素的动态变化和差异,可为生态可持续发展提供理论指导。[方法]利用Hydrus-1D中的双孔隙模型和标定的参数模拟了2012—2021年刺槐林地和苹果地的水量平衡各要素的动态变化过程。[结果]优化期和验证... 详细信息

[目的]明晰刺槐林地和苹果园水量平衡要素的动态变化和差异,可为生态可持续发展提供理论指导。[方法]利用Hydrus-1D中的双孔隙模型和标定的参数模拟了2012—2021年刺槐林地和苹果地的水量平衡各要素的动态变化过程。[结果]优化期和验证期Hydrus-1D中双孔模型的R^(2)分别为0.61,0.76,RMSE分别为0.026,0.048 cm^(3)/cm^(3),模拟期水量平衡误差分别为0.18%和0.04%;刺槐林地与苹果地的蒸腾量分别为(372±70)mm和(320±34)mm,蒸发量为(256±44)mm和(288±36)mm,土壤储水量变化量为(-0.61±96)mm和(-3.26±87)mm,深层渗漏量为(34±45)mm和(59±48)mm。[结论]该模型可以较好地模拟刺槐林地和苹果地的水量平衡要素的动态变化;相比于与苹果地,刺槐林地的蒸腾量偏大,蒸发量和深层渗漏量偏小,ΔS的波动更为明显。

关键词：土地利用方式双孔模型再分布过程土壤剖面水分含量水量平衡

识别双孔与双渗模型的简便方法——兼与杜建龙等人商榷

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油气井测试 1995年第4期4卷 60-60页

作者：唐雪清四川石油管理局川西南矿区研究所

杜建龙等人在《油气井测试》1995年第1期上发表《非自喷井试井配套技术在唐9×1井探边测试中的应用》一文,文中选择双孔模型对实测压力数据进行分析,《油气井测试》1995年第1期P26、27的图6—8分别为双对数拟合图、无因次叠加检验图和... 详细信息

杜建龙等人在《油气井测试》1995年第1期上发表《非自喷井试井配套技术在唐9×1井探边测试中的应用》一文,文中选择双孔模型对实测压力数据进行分析,《油气井测试》1995年第1期P26、27的图6—8分别为双对数拟合图、无因次叠加检验图和压力历史拟合图,双对数分析结果如下:

关键词：双渗模型简便方法双孔模型《油气井测试》探边测试配套技术非自喷井渗透率双对数早期数据

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双重介质分形油藏非线性流动分析

石油大学学报（自然科学版） 2003年第2期27卷 59-62页

作者：同登科刘敏鸽石油大学应用数学系山东东营257061

在非线性偏微分方程中 ,根据弱可压缩液体的假设 ,忽略了二次梯度项 ,这在混气石油和低渗透储层的计算中将产生误差。对于双重分形介质流动系统及其物质平衡方程 ,在保留非线性偏微分方程中所有项的前提下建立了新的双孔模型。采用Dougl... 详细信息

在非线性偏微分方程中 ,根据弱可压缩液体的假设 ,忽略了二次梯度项 ,这在混气石油和低渗透储层的计算中将产生误差。对于双重分形介质流动系统及其物质平衡方程 ,在保留非线性偏微分方程中所有项的前提下建立了新的双孔模型。采用Douglas Jones方法 ,获得了定产生产和定压生产时分形介质双孔模型的数值解。结果表明 ,对于定产生产 ,油藏参数cLD对非线性影响更敏感 ,线性解和非线性解的偏差约为 10 %。对于定压生产 ,cLD的影响可忽略不计。讨论了液体压缩系数和双重分形介质参数变化时的压力变化规律 ,给出了典型压力曲线。

关键词：双重介质分形油藏非线性流动分析分形介质双孔模型非线性偏微分方程数值解动态分折

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页岩气线性流模型裂缝干扰探讨

中国海上油气 2014年第6期26卷 51-56页

作者：徐兵祥白玉湖陈桂华勾菁菁中海油研究总院大庆油田有限责任公司

裂缝干扰对页岩气多级压裂水平井产量具有一定影响,部分学者对于目前线性流模型是否已考虑裂缝间压力干扰存在疑问。从压力干扰的本质出发,分析对比了压力干扰与不渗透边界对油气井产量的影响,认为压力干扰对产量的影响机制等同于不渗... 详细信息

裂缝干扰对页岩气多级压裂水平井产量具有一定影响,部分学者对于目前线性流模型是否已考虑裂缝间压力干扰存在疑问。从压力干扰的本质出发,分析对比了压力干扰与不渗透边界对油气井产量的影响,认为压力干扰对产量的影响机制等同于不渗透边界,在单裂缝控制范围相同及不考虑井筒压降损失的情况下,单裂缝与多裂缝水平井生产时各裂缝的产气贡献是相同的。基于此,分析了目前常用的页岩气线性流模型,认为单孔、双孔和三孔模型均是建立在矩形封闭边界气藏基础之上,其物理模型均假定了裂缝间基质存在不渗透边界,等同于考虑了裂缝间压力干扰;非均匀裂缝模型是在点源解的基础上通过压力叠加方法建立起来的,其方法本身就考虑了压力干扰。同时对比了几种模型的适用性,指出非均匀裂缝模型能较准确地描述裂缝形态,但在裂缝参数无法获取的情况下,运用均匀裂缝模型(单孔、双孔、多孔模型)可以快速通过生产数据反求等效的平均裂缝参数,并进行产量预测,因此更易于实际应用。

关键词：页岩气线性流裂缝干扰单孔模型双孔模型三孔模型非均质裂缝模型模型适用性

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基于频变属性的储层连通性评价

基于频变属性的储层连通性评价

作者：李天成都理工大学

学位级别：硕士

渗透率作为储层的一种重要物性,表征储层的连通性和流体的流动能力,能在流体的分布、油气开发中发挥重要作用。从低频地震信号中提取的成像属性和流度属性包含了储层渗透率和流体黏滞系数两项重要参数的信息,能够体现储层所含流体的活... 详细信息

渗透率作为储层的一种重要物性,表征储层的连通性和流体的流动能力,能在流体的分布、油气开发中发挥重要作用。从低频地震信号中提取的成像属性和流度属性包含了储层渗透率和流体黏滞系数两项重要参数的信息,能够体现储层所含流体的活动能力,而结合地震高频信号和低频信号的1属性能够表征裂缝储层的连通性。因此,成像属性、流度属性和1属性的应用价值越来越受到油气地球物理解释界的重视。尽管目前成像属性和流度属性在储层流体流动能力评价中已经有一些应用,但有一些关键问题仍需要进一步研究:1、储层内部透镜体互层的影响,成像属性和流度属性的计算公式来源于储层顶部的低频渐近反射系数,该反射系数只考虑了界面处的反射,而实际的地震反射信号不仅仅是地震波在界面处的反射,还可能包含了储层内部多层透镜体互层的反射信息。2、优势频率的选取,优势频率对于成像属性和流度属性的计算至关重要,常用的方法是人工选取,这样致使提取出的属性体人为干扰因素较大,不能真实反映储层流体的活动能力。针对上述问题,本文基于岩石物理,探讨了常规的流度属性和1属性的适用条件;从考虑多层反射的渐近反射系数表达式出发,解决了优势频率的选取问题,消除了储层互层的影响,主要的工作内容和认识有:(1)介绍了基于渗流理论的饱和流体多孔介质的顶界面反射机制,分析了低频渐近反射系数与渗透率、黏滞系数和频率的关系,说明了地震低频信号包含了储层物性和流体流动能力的信息,并阐述了低频渐近反射系数和成像属性、流度属性的推导过程。在上述的研究的基础上利用两个属性的计算公式对比了成像属性和流度属性的优缺点,实例应用结果表明流度属性在对储层流体活动能力的评价中要优于成像属性。(2)基于双重孔隙介质模型,应用数值模拟分析了不同顶底波阻抗差异情况下的流度属性和1属性对渗透率变化的响应特征,结果表明两个属性对于渗透率的变化有着明显的反映。从总体趋势看,流度属性随渗透率的增大而增大,1属性则与模型有一定关系。数值模拟结果为这两个属性的应用提供了依据。实例证明,两个属性结合使用能有效反映储层流体的流动能力,明显降低了单个属性进行储层连通性预测的多解性和不确定性。(3)引入了考虑储层内部多层透镜体反射的等效渐近反射系数,数值模拟了反射系数因子随频率和层厚的变化,对优势频率的选取增添了理论基础。从等效的渐近反射系数出发,重新推导了流度属性的计算公式,考虑了储层内部多层透镜体对流度属性的影响,从而降低了由储层厚度给流度属性在实际应用中带来的不确定性。

关键词：流度属性 K1属性双孔模型渗透率储层连通性