岩石裂隙中非恒定渗流与变形耦合作用的DDA方法

由于渗流作用,会在岩石裂隙中形成非稳定流,非稳定流作为裂隙表面荷载会使岩体产生变形,变形又会影响岩土结构的渗流特性,从而产生渗流和变形耦合的作用.根据最小能量原理构造出单元DDA(不连续变形分析)瞬时平衡方程.编制了基于DDA的岩石裂隙中稳定渗流和不稳定渗流压力水头的有限单元计算程序,通过对实验结果与计算结果的比较,验证了计算程序所使用的数学模型的可靠性.地下水是影响边坡受力变形及稳定性的一个重要因素.通过对某隧洞破坏过程的模拟,用这种渗流-变形耦合DDA法研究了地下水对裂隙边坡稳定性的影响.模拟结果与实际发生的结果一致,验证了本文方法的可靠性.

数字岩心建模及其准确性评价

介绍了模拟退火算法构建数字岩心的方法,指出了该方法建模时存在的问题,并对算法进行了改进;引入格子Boltzmann方法,并用其对所建岩心的传导性进行了评价.研究表明:模拟退火算法所建数字岩心具有良好的各向同性,但因其渗透性过低而与真实岩心差异较大;通过在退火过程中适时清除孤立的岩石颗粒可进一步降低系统能量、优化孔隙空间、加快退火速度,最终建立的岩心具有良好的各向同性、孔隙连通性和渗透性;格子Boltzmann方法计算数字岩心的渗透率简便易行、结果准确,可对岩心是否各向同性和渗透性的好坏给出合理评判,因而可作为数字岩心建模准确性评价的重要标准.

抚顺油页岩干馏渗透实验研究

为了为地下原位开采页岩油提供一定的理论依据,在高温高压蒸汽作用下进行了油页岩的干馏实验,以及干馏后油页岩的三轴渗透实验.结果表明:①高温高压蒸汽可以有效地干馏油页岩并带走页岩油;②高温高压蒸汽作用下油页岩会产生大量的裂缝,从而提高油页岩的渗透性;③油页岩干馏后渗透系数是体积应力和孔隙压的函数,其关系仍然服从指数规律.实验结果对地下原位开采页岩油有一定的指导意义.

深基坑开挖中坑内降承压水的有限元模拟分析

考虑深基坑工程中坑内减压对基坑变形及稳定性等产生较大影响,本文选用适合基坑开挖的Hardening-Soil本构模型,结合某深基坑工程利用有限元法对承压层的不同处理方案进行对比计算.结果表明:在承压层未完全隔断的情况下,深基坑降承压水对基坑的稳定性及抗突涌都有利,但是增大了坑外地面沉降及地连墙底部位移.

牛顿流体在充满多孔介质圆管内的结构流特征

引入研究多孔介质流体流动的体积平均方法和体均原理,采用Darcy阻力经验公式和Forch-heimer修正,得到了多孔介质内流体流动的Brinkman-Forchheimer广义Darcy定律.提出了牛顿流体在充满多孔介质管道内的结构流概念,并通过边界层动量积分计算证实了流核的存在,获得了流核流速和流核半径的计算结果;分析了Darcy数和惯性参数对速度剖面的影响程度.

超低渗透油层温度-应力-渗流的流固耦合效应

目的在于研究由于注入流体的温度过低而引起超低渗透油层渗透率和孔隙结构变化的温度-应力-渗流的流固耦合效应.实验选用了长庆超低渗油藏的岩心,在恒压和各种不同温度下测定了岩心的渗透率.实验结果表明:①随着温度的降低,岩心的渗透率不断降低,大约2/3的超低渗岩心在25℃左右时会出现裂缝直至断裂.在25~15℃温度段内,流体通过超低渗透多孔介质的渗透率对温度最敏感,其变化程度最大(要么降低的幅度最大,要么出现裂缝),且这种变化是部分不可逆的.②随着温度的升高,岩心的渗透率稍有增加,当温度再开始下降时,渗透率下降,温度下降到原始地层温度时渗透率的值比初始值要大,但增加的幅度不大.因此,注水开发低渗透和超低渗油田时应尽量避免冬季投产和施工作业.在正常的开发状态下应在合理的生产压差下,合理选择或保持适当的注水温度,尽量降低冷伤害对开发效果的影响,保持油藏的稳产和高产.

具有层间窜流的三层油藏非牛顿幂率流试井模型

在前人工作的基础上,建立了3种外边界条件下的三层油藏非牛顿流渗流模型,对模型进行了求解;绘制了3种外边界条件下的典型渗流曲线,从渗流机理和渗流过程对曲线形态进行了深入分析.研究结果不仅可用于试井解释,也有助于人们更清楚地认识和评价油藏,为油藏制定合理工作制度提供科学的依据.

多元结构堤基半封闭式防渗墙概化模型研究

为了确保洞庭湖区堤基安全,根据堤基地质特点,建立了多元结构堤基的垂直防渗概化模型;并采用渗流有限元法对影响半封闭式防渗墙防渗效果的各种因素进行了较为全面系统的研究,分别得到了天然弱透水覆盖层、第二层强透水层、防渗依托层、依托层下伏强透水层的厚度、渗透性对堤内和堤脚附近最大渗透坡降的影响曲线.计算结果表明,防渗依托层的厚度、渗透性对堤内、堤脚附近最大渗透坡降的影响程度远远大于其他因素,其对半封闭式防渗墙防渗效果起决定性的作用;在所有次要因素中,天然弱透水覆盖层的厚度、渗透性对堤内最大渗透坡降的影响较其他因素大,尤其对堤脚附近渗透坡降的影响比较明显.本文的研究成果既可用于定量研究半封闭式防渗墙的防渗机理,也可以为垂直防渗墙的设计提供可靠的理论依据.

大渡河某水电站上游围堰渗流场及稳定性数值分析

采用大型岩土专业有限元计算软件GeoStudio对水电站围堰渗流场及稳定性进行了数值模拟和分析,得出渗流场各要素分布图,并对围堰边坡稳定性进行了评价.研究结果表明,布置压坡透水体对提高堰体稳定性有明显作用;合理地减小围堰防渗墙深度对边坡影响不大.本文的研究结果给设计方案的修改提供了依据,对类似工程应用也有参考价值.

固体颗粒在逾渗多孔介质中的吸附特性

采用数值计算的方法,通过求解描述低速流体流动的Stokes方程以及简化的颗粒运动方程,初步得到颗粒在逾渗多孔介质中的运动轨迹,并在此基础上,求得颗粒与多孔介质内表面的碰撞概率,进而研究颗粒的被吸附特性.数值结果表明均匀多孔介质和分形多孔介质对颗粒的吸附存在本质差异.颗粒流出概率(实际中常表示为出口悬浮液中的颗粒浓度)与多孔床深度间的指数关系仅对均匀多孔介质成立,而对分形多孔介质并不成立.

泛克立格法在渗透系数随机场离散中的应用及存在的问题

在分析各种随机场离散方法优缺点的基础上,提出用泛克立格方法对渗透系数随机场进行离散.编制了KRING.FOR程序对渗透系数随机场的离散效果进行了验证,结果表明在实测点所包围区域内部用最小二乘法所求解得到的权系数而进行的克立格估值计算是符合工程要求的.并针对程序调试过程中及计算结果分析中所出现的问题,提出了相应的解决对策.

用罚函数无单元法分析有自由面的稳定渗流场

详细推导了无单元Galerkin法求解有自由面渗流问题的基本方程.采用罚函数法处理渗流边界条件,并给出选取罚因子的具体表达式.编制了相应的无单元法计算程序,并计算了覆盖层上均质土坝的渗流场.计算结果表明,用罚函数法处理渗流边界条件,计算精度高,该法用于无单元法分析渗流问题是可行的.

泡沫分流特性研究及应用

泡沫流体在储层酸化中起着重要作用.通过实验研究了泡沫的分流特性,分析了泡沫酸的分流效果.结果表明:泡沫流体在含油岩心中的渗流阻力比在饱和水岩心中的渗流阻力要小得多,泡沫可以大幅提高含油岩心分流量,降低饱和水岩心分流量,具有显著的选择性,含油饱和度是影响泡沫分流效果的最主要因素;泡沫流体在非均质地层中可以有效地控制吸入剖面,降低高渗层的吸入量,提高低渗层的吸入量,使注入流体在不同渗透率地层内均匀推进.现场应用进一步表明,泡沫酸酸化能够有效地增加中低渗透层吸酸量,扩大酸化范围,提高酸化效果.

黏弹性聚合物溶液渗流数学模型

分析聚合物溶液在简化孔喉模型中的流动情况,建立了综合考虑聚合物溶液特性和多孔介质特征的黏弹性本构模型,并在此基础上建立了聚合物溶液不稳定渗流数学模型,并利用数值方法求解.通过实例计算,对聚合物溶液的特征时间、稠度系数、幂律指数、孔隙因子(喉道长度与喉道直径之比)和注入速度对注入压力的影响进行了分析,绘制了相应的理论图版.结果表明:注入压力随聚合物溶液特征时间、稠度系数和注入速度的增大而增大,随幂律指数和孔隙因子的增大而减小.

基于分形理论的煤层瓦斯渗透率参数估计方法

基于分形理论和达西定律,研究了孔隙的弯曲分形维数和表面积分形维数与瓦斯渗透率参数之间的关系;数值模拟了煤层孔隙的弯曲分形维数和表面积分形维数对瓦斯渗透率参数的影响.研究表明,瓦斯渗透率随着孔隙弯曲分形维的增加而降低,随着孔隙表面分形维和最大毛细管直径的增加而增加;应用分形理论可以获得煤层孔隙发育程度和分布特征比较精确的定量信息.

热流固耦合动态边界理论研究

基于Biot理论,推导了考虑热渗流作用的热流固耦合问题的基本方程,建立了本问题的热渗流模型,给出了所考虑问题的热流体动力弥散分布概率及各项系数的表达式,进一步建立了微压热液体位移场,讨论了热流体动力弥散因素对多孔介质边界的影响,建立了描述多孔介质的动态边界方程,针对不同的外部因素,分别建立了4种边界模型,并进行了动态模拟.

弱渗流结构的分布参数模型

弱渗流结构的力学性质很难用力学方法进行精确测量.提出了用一个分布参数的电学模型来表示弱渗流结构的力学性能,模型参数可通过测量其交流阻抗谱得到.在电学模型的基础上,提出了传输线分布参数模型.传输线分布参数可以用常相角指数来近似表示,常相角指数与分形的维数相关联,可以直接用来表征多孔介质的弱渗流特征.

自适应遗传算法在某拱坝渗流参数反演中的应用

利用水头实测资料,以渗透系数为待反演参数,在采用基本遗传算法进行参数反演研究的基础上,针对简单遗传算法难以确定交叉率和变异率的最佳值及计算量较大、易早熟等缺点,提出以自适应遗传算法来解决工程中的这类反演问题;为力求使改进的遗传算法计算量更小,收敛性更强,同时结合二维稳定渗流有限元工程实例进行了反演计算.结果表明,自适应遗传算法在保持简单遗传算法优点的同时,有效地提高了算法的收敛性,并在一定程度上克服了简单遗传算法的早熟问题.

岩体THM耦合模型控制方程建立

根据岩体三场耦合的机理分析,从线性动量守恒、质量守恒和能量守恒出发,理论上推导出以位移、孔隙压力和温度为未知量的THM耦合控制方程组,包括岩块变形场方程、地下水连续性方程和水、岩能量守恒方程.方程组不仅考虑了水、岩的密度随温度和压力变化,同时也考虑了水、岩温度不同具有热交换,最后还对后继研究提出了建议.

黏弹性稠油的松弛特性对其注水开发的影响

胶质-沥青质含量高的黏弹性稠油存在松弛特性,它对黏弹性稠油在多孔介质中的渗流及驱替过程有较大的影响.在建立水驱黏弹性稠油的一维两相驱替数学模型基础上,利用有限差分方法进行了求解.计算结果表明:松弛特性可以提高含水饱和度,降低驱替压力梯度,从而改善水驱黏弹性稠油的开发效果.在实际的稠油开采中,应充分考虑和利用稠油的松弛特性.

煤炭开发中相关渗流力学问题研究

煤碳是我国的主要能源,在能源消费结构中占居主导地位,煤岩体是一种典型的孔隙裂隙结构体,在煤炭资源开发的过程中涉及到一系列渗流力学问题.探讨了煤层中瓦斯渗流特征及其规律,分析了煤与瓦斯的流固耦合作用,介绍了煤与瓦斯突出的失稳判据;分析了煤矿生产过程中对地下水的污染,对酸性矿井水的水岩作用问题作了初步探讨,同时对煤矸石的环境效应也作了分析;随着煤层开采深度的增加,矿井热害越来越受到学者的重视,分析了矿井热害的形成机理及其影响因素.最后提出了煤层开采中渗流问题的研究方向.

电场作用下煤吸附甲烷的势模型

以热力学理论为基础建立了电场作用下多孔物质吸附理想气体、非理想气体的势模型,导出了对应的吸附方程.吸附方程中各物理量含意明确,并可由实验确定.这些方程能够很好应用于电场作用下煤对甲烷的吸附.

埋地管道泄漏三维大地温度场仿真分析

考虑管道泄漏后渗流场与温度场耦合,建立了埋地管道泄漏前后的三维大地温度场的物理模型及数学模型,给出了合理的热力学及流体力学边界条件.采用FLUENT软件进行埋地管道泄漏前三维稳态温度场的数值模拟,在此基础上进行了埋地管道发生点泄漏的三维瞬态温度场的数值模拟.研究结果表明:埋地管道泄漏,大地温度场变化非常明显,泄漏点附近形成相当大的泄漏热影响区,该特征为光纤光栅温度传感技术及热红外技术检测埋地管道泄漏提供了理论依据.

西安石油大学学报(自然科学版)来稿须知