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非线性渗流多尺度有限元数值模拟

中南大学学报（自然科学版） 2015年第12期46卷 4584-4591页

作者：张娜姚军黄朝琴中国石油大学(华东)储运与建筑工程学院山东青岛266555 中国石油大学(华东)石油工程学院山东青岛266555

采用多尺度有限元法对一般的非线性椭圆型方程和与时间相关的非线性方程进行数值分析。阐述多尺度有限元法求解非线性方程的基本原理,推导相应的计算格式并编制计算程序。通过2个不同类型的非线性渗流算例验证该方法的准确性和适用性。... 详细信息

采用多尺度有限元法对一般的非线性椭圆型方程和与时间相关的非线性方程进行数值分析。阐述多尺度有限元法求解非线性方程的基本原理,推导相应的计算格式并编制计算程序。通过2个不同类型的非线性渗流算例验证该方法的准确性和适用性。最后,以低渗透油藏注水开发为例,对其进行多尺度有限数值模拟。研究结果表明:相对于传统的数值计算方法,多尺度有限元法具有更高的计算精度,在保证计算精度的同时能够减少计算量。

关键词：非线性渗流多尺度有限元多尺度数值模拟

超重力下CuAg合金熔体在石墨多孔介质中的非线性渗流

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中国有色金属学报 2023年第2期33卷 425-434页

作者：陈玮炫闫昊赵建江韦华张泽陈云敏浙江大学建筑工程学院杭州310058 浙江大学材料科学与工程学院杭州310027 浙江大学超重力研究中心杭州310058

合金熔体的超重力浸渗是制备金属基复合材料最重要的工艺之一。高温熔体在超重力浸渗过程中极易发生坩埚渗漏,严重影响合金凝固过程的传热和形核,进而影响材料的凝固组织。本文借助超重力凝固工艺,研究超重力下Cu-8%Ag合金熔体在石墨坩... 详细信息

合金熔体的超重力浸渗是制备金属基复合材料最重要的工艺之一。高温熔体在超重力浸渗过程中极易发生坩埚渗漏,严重影响合金凝固过程的传热和形核,进而影响材料的凝固组织。本文借助超重力凝固工艺,研究超重力下Cu-8%Ag合金熔体在石墨坩埚多孔介质中的渗流过程,分析超重力下Cu-8%Ag合金熔体在石墨坩埚多孔介质中渗流的影响因素,揭示超重力下CuAg合金熔体在石墨多孔介质中的非线性渗流机理,提出抑制超重力下高温熔体在多孔介质中渗流的预防措施。

关键词：超重力凝固石墨多孔介质非线性渗流 CuAg合金

考虑流体相变效应的粗糙裂隙非线性渗流换热机理

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成都理工大学学报(自然科学版) 2024年

作者：刘先珊罗晓雷白冰魏宁刘少炜张普纲李满潘玉华山西省交通新技术发展有限公司重庆大学土木工程学院山地城镇建设与新技术教育部重点实验室(重庆大学) 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库区环境地质灾害防治国家地方联合工程研究中心(重庆)

三维粗糙裂隙渗流换热机理的研究对提升地下热储层的热提取率意义重大。当前热开采过程中的多场耦合问题已取得了丰富的成果，但热开采过程中流体的相变作用对裂隙渗流特性及传热变化的影响却鲜有涉及。为剖析流体相变作用下的非线性渗... 详细信息

三维粗糙裂隙渗流换热机理的研究对提升地下热储层的热提取率意义重大。当前热开采过程中的多场耦合问题已取得了丰富的成果，但热开采过程中流体的相变作用对裂隙渗流特性及传热变化的影响却鲜有涉及。为剖析流体相变作用下的非线性渗流换热机理，研究以三维粗糙裂隙为研究对象，基于Fluent软件建立单相与多相热-流耦合模型。对比是否考虑相变作用的不同入口流速、入口温度和壁面温度时的局部换热系数分布特征。结果表明未考虑相变作用时，壁面局部粗糙程度控制局部换热系数的分布特征；基于Forchheimer公式，得知流体传热过程使非线性渗流特性显著。考虑相变作用后，流体呈现类似剪切稀释流体的特征，而气体体积百分数则对系统换热过程起主导作用。因此考虑流体的相变效应可以更准确地揭示热开采过程中的渗流特征和热提取效率的演化机理。

关键词：粗糙裂隙渗流换热流热耦合非线性渗流相变

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深层页岩气非线性渗流的温度效应

北京理工大学学报 2024年第6期44卷 606-614页

作者：高旭华于俊红尚新春朱维耀北京科技大学数理学院应用力学系北京100083 石家庄铁道大学河北省工程力学基础学科研究中心河北石家庄050043 北京科技大学土木与资源工程学院应用力学研究所北京100083

为了研究温度变化对高温高压的深层页岩气藏产能的影响,建立了考虑变温吸附和随温度变化的压缩因子和黏度的页岩气非线性渗流模型,推导了考虑弹性变形和吸附应变的非均匀孔隙度和渗透率演化模型,发展了具有显式迭代格式的高效的半解析算... 详细信息

为了研究温度变化对高温高压的深层页岩气藏产能的影响,建立了考虑变温吸附和随温度变化的压缩因子和黏度的页岩气非线性渗流模型,推导了考虑弹性变形和吸附应变的非均匀孔隙度和渗透率演化模型,发展了具有显式迭代格式的高效的半解析算法,将数值模拟结果与现场生产数据进行对比,验证了所建立模型和算法的正确性,分析了温度变化对深层页岩游离气、吸附气和总产量的影响.结果表明,压力越高,游离气产量受温度影响越小.当地层温度上升40°C时,浅层页岩游离气的产量降低14.5%,而深层页岩游离气产量增加1.4%.相反,压力越高,温度变化对吸附气产量的影响越大.当温度上升时,浅层和深层页岩吸附气的产量分别降低19.3%和31%.浅层页岩气因温度变化总产量相差约15%,而深层页岩气总产量受温度影响不大.在其他条件相同的情况下,高温高压的深层页岩气前5 a的累计产气量是浅层的1.76倍.所建立的模型和算法可以为深层页岩气的高效开发和优化设计提供参考.

关键词：深层页岩气温度非线性渗流非均匀渗透率半解析算法

渤海湾盆地歧口凹陷古近系沙三段页岩油储层非线性渗流特征

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岩性油气藏 2023年第3期35卷 40-50页

作者：曾旭卞从胜沈瑞周可佳刘伟周素彦汪晓鸾中国石油天然气股份有限公司勘探开发研究院北京100083 中国石油大学(北京) 北京102249 中国石油大港油田公司天津300280

通过高压压汞与低温气体吸附实验,结合核磁共振在线检测系统和驱替实验,对渤海湾盆地歧口凹陷古近系沙三段页岩油储层的渗流特征进行了研究。研究结果表明:①歧口凹陷古近系沙三段3种岩相页岩的微孔数量占比最大。与块状泥岩相比,纹层... 详细信息

通过高压压汞与低温气体吸附实验,结合核磁共振在线检测系统和驱替实验,对渤海湾盆地歧口凹陷古近系沙三段页岩油储层的渗流特征进行了研究。研究结果表明:①歧口凹陷古近系沙三段3种岩相页岩的微孔数量占比最大。与块状泥岩相比,纹层状及层状页岩储层的孔径大于100 nm的中大孔喉更为发育,储集性及渗流能力更优。②赋存在页岩储层大孔喉中的可流动油能有效产出,但由于渗流阻力较大,微小孔喉(小于100 nm)中的油即使在很大压差下也难以产出。③页岩储层中的石油渗流具有启动压力梯度和非线性渗流的特征,但不同岩相的渗透特征差异较大,其中纹层状页岩拟启动压力梯度最小,渗流能力最强,层状页岩储层具有一定的渗流能力,块状页岩储层渗流能力最差。在相同压力梯度下,块状页岩中的流量仅为纹层状页岩中流量的10%左右,基本无自然产能。

关键词：页岩油启动压力梯度非线性渗流渗流能力沙三段古近系歧口凹陷渤海湾盆地

基于非线性渗流模型的管道型岩溶隧道突水机理研究

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现代隧道技术 2022年第1期59卷 149-155页

作者：陈仲达林志陈相杨红运陆原恩赵益鑫中交第三航务工程局有限公司上海200032 重庆交通大学山区桥梁及隧道工程国家重点实验室重庆400074 广西新发展交通集团有限公司南宁530029

管道型岩溶突水是一个复杂的多场耦合的非线性渗流问题,致灾具有突发性。为揭示管道型岩溶突水灾害的发生机理,文章基于多物理场耦合作用机理,开展了不同溶腔水压、岩溶管道内不同填充介质、不同岩溶管道宽度及岩溶管道长度条件下的多... 详细信息

管道型岩溶突水是一个复杂的多场耦合的非线性渗流问题,致灾具有突发性。为揭示管道型岩溶突水灾害的发生机理,文章基于多物理场耦合作用机理,开展了不同溶腔水压、岩溶管道内不同填充介质、不同岩溶管道宽度及岩溶管道长度条件下的多场耦合分析。得到以下结论:(1)管道型岩溶破坏模式下发生的突水灾害,根据填充介质透水性能的异同而表现不同;(2)流体从富水溶腔中流出时流速较小,流经岩溶管道后流速逐渐增加,进入隧道后达到最大值;(3)影响突水过程的因素主要有:富水溶腔水压、岩溶管道或断层裂隙带内填充介质的种类、岩溶管道的宽度、隧道与水源的距离,其中,岩溶管道宽度及岩溶管道内填充介质类型对突水影响大于其他因素。

关键词：岩溶隧道非线性渗流多物理场耦合突水灾害填充类型

胜利油田高89地区特低渗透油藏CO_(2)驱非线性渗流规律研究

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油气地质与采收率 2023年第2期30卷 36-43页

作者：杨勇曹小朋韩文成张东张庆云王艺璇中国石化胜利油田分公司山东东营257001 中国石化胜利油田分公司勘探开发研究院山东东营257015 中国石化CCUS重点实验室山东东营257015 山东省CCUS重点实验室山东东营257015 东营同邦石油科技有限公司山东东营257000 圣彼得堡国立大学圣彼得堡199225

特低渗透油藏储层物性差,流体流动困难,常表现出非线性渗流特征。以往非线性渗流规律的研究以水驱为主,对CO_(2)驱的研究较少。针对胜利油田高89地区特低渗透油藏CO_(2)驱非线性渗流规律认识不足的问题,开展了渗流规律实验研究,揭示了CO... 详细信息

特低渗透油藏储层物性差,流体流动困难,常表现出非线性渗流特征。以往非线性渗流规律的研究以水驱为主,对CO_(2)驱的研究较少。针对胜利油田高89地区特低渗透油藏CO_(2)驱非线性渗流规律认识不足的问题,开展了渗流规律实验研究,揭示了CO_(2)与原油相互作用对原油渗流特征的影响规律,建立了不同渗透率下CO_(2)驱最小启动压力梯度计算公式及CO_(2)驱非线性渗流规律表征模型。结果表明:特低渗透油藏CO_(2)驱存在启动压力,原油最小启动压力梯度与流度呈良好的幂函数关系,随着流度的增加,启动压力梯度显著降低;CO_(2)驱渗流曲线呈现“曲线段+直线段”的两段式特征,直线段的流速与压力梯度呈良好的线性关系,曲线段的流速与压力梯度呈良好的二次函数关系;CO_(2)溶于原油后有显著的膨胀降黏效果,使得原油最小启动压力梯度明显降低,原油渗流能力增强,渗流曲线非线性段变短。

关键词：特低渗透油藏 CO_(2)驱非线性渗流启动压力流度

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耦合温度影响的动态非线性渗流模型

油气地质与采收率 2024年第3期31卷 178-185页

作者：刘秀伟王星程时清张凤博汪洋中国石油大学(北京)石油工程学院北京102249 中国石油集团测井有限公司地质研究院陕西西安710000 长庆工程设计有限公司陕西西安710000

针对现有非线性渗流模型未考虑温度变化对非线性渗流规律的影响,首先从毛细管渗流模型、Hagen-Poiseuille公式以及边界层理论出发,结合温度对边界层厚度及流体屈服应力的影响,推导得到低渗透多孔介质中耦合温度影响的动态非线性渗流模... 详细信息

针对现有非线性渗流模型未考虑温度变化对非线性渗流规律的影响,首先从毛细管渗流模型、Hagen-Poiseuille公式以及边界层理论出发,结合温度对边界层厚度及流体屈服应力的影响,推导得到低渗透多孔介质中耦合温度影响的动态非线性渗流模型。其次,利用已发表文献中的实验数据开展拟合验证,得到的渗流速度曲线及最小启动压力梯度与实验数据吻合度高,验证了动态非线性渗流模型的准确性,同时与静态非线性渗流模型和达西渗流模型的对比分析,进一步揭示了动态非线性渗流模型的合理性。针对渗流速度曲线进行敏感性分析表明,拟合系数A和B取值的增大均会导致渗流速度曲线右移,非线性渗流段曲线弯曲程度减弱,最小启动压力梯度增加。温度升高对渗流速度曲线影响程度较大,导致渗流速度曲线大幅上移,非线性渗流段弯曲程度减弱,最小启动压力梯度同样会增加。该动态非线性渗流模型的提出进一步丰富了非线性渗流理论的发展,可推广至相关两相流及高温高压油气藏数值模拟研究。

关键词：温度非线性渗流模型推导模型验证与对比敏感性参数分析

泥石浆型复杂破碎岩体非线性渗流数学模型与实验研究

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煤炭科学技术 2024年第5期52卷 46-59页

作者：刘伟韬赵吉园霍志超杨春辉韩梦珂吴海凤李蓓蓓山东科技大学省部共建矿山岩层智能控制与绿色开采国家重点实验室培育基地山东青岛266590 山东科技大学能源与矿业工程学院山东青岛266590 山东科技大学安全与环境工程学院山东青岛266590 山东鼎安检测技术有限公司山东济南250032

断层、陷落柱是影响承压水上煤层开采的主要隐患之一,由于其具有碎石块和泥质充填物(泥石浆)构成的复杂结构,其渗透性的确定通常以定性分析为主,缺少量化模型。为了研究泥石浆型复杂破碎岩体渗透性的量化计算方法,开展了渗流实验研究破... 详细信息

断层、陷落柱是影响承压水上煤层开采的主要隐患之一,由于其具有碎石块和泥质充填物(泥石浆)构成的复杂结构,其渗透性的确定通常以定性分析为主,缺少量化模型。为了研究泥石浆型复杂破碎岩体渗透性的量化计算方法,开展了渗流实验研究破碎岩体非线性渗流规律,并基于多孔介质分形理论、非线性渗流理论,建立了考虑黏土成分及泥化充填作用的破碎岩体非线性渗流数学模型,最后与实验结果对比验证数学模型的准确性。结果表明:①陷落柱破碎带样品的粒度分布具有一定的分形规律,含有黏土颗粒的破碎带岩体遇水泥化后,分形维数增大,黏土充填封堵了大颗粒岩石碎块内部的大孔隙,降低了破碎岩体的渗透性;②随着破碎带岩体渗透率的降低,非线性开始发生时的临界压力梯度也增大,表明非线性临界压力梯度可以用来量化破碎岩体的阻隔水能力;③非线性开始发生时的临界压力梯度的实验结果与数学模型计算结果吻合,验证了模型的准确性。建立的破碎岩体非线性渗流数学模型首次尝试考虑了黏土成分及泥化充填作用对渗透性的影响,为泥石浆型复杂破碎岩体渗透性的定量计算及水体下、承压水上等特殊开采条件下地质构造的阻隔水性能研究提供了一种新的研究思路。

关键词：破碎岩体特殊开采非线性渗流多孔介质渗流实验