尚宏波[1]2017年在《破碎煤岩体流固耦合渗流稳定性试验研究》文中研究表明随着煤炭开采深度的增加,越来越多的矿井面临突水或煤与瓦斯突出等动力灾害的威胁,此类动力灾害的发生常与水、瓦斯在破碎煤岩体中的渗流密切相关。因此,对于破碎煤岩体流固耦合渗流规律的研究成为突水或煤与瓦斯突出灾害防治的基础课题。本文采用室内试验、理论分析及数值模拟相结合的方法,研究了破碎煤岩体流固耦合渗流规律,取得如下研究成果:(1)开展了分级加载下破碎煤岩体的渗流试验,给出了各级轴向荷载下孔隙率随时间的变化规律;定义了描述渗流速度变化程度的参数Dv,且给出了该参数与有效应力的关系式;得到了不同粒径破碎煤岩体试样的渗透特性参量及蠕变参数变化规律。(2)利用自主研发的破碎岩石三轴渗流试验系统,测试了三轴应力下破碎煤岩体渗透特性,结果表明三轴应力下破碎煤岩体的渗流规律符合Forchheimer关系;推导了渗流速度与有效应力之间的关系;得到了破碎煤岩体围压与渗透率的变化规律,且可用指数型公式k= aebσ3描述;分析了三轴应力下破碎煤岩体孔隙率对渗透特性的具体影响。(3)基于试验结果与理论分析,建立了破碎煤岩体流固耦合渗流动力学模型,利用解耦方法对模型进行简化,得到破碎煤岩体渗流系统的总平衡态,结合试验现象及结果,给出了破碎煤岩体发生渗流失稳的条件,得到了破碎煤岩体渗流失稳的临界压力梯度值,可为矿井突水或煤与瓦斯突出等动力灾害的预防提供参考。(4)采用数值模拟方法,对破碎煤岩体流固耦合渗流动力学模型进行求解,数值模拟计算结果中的孔隙压力、孔隙率、渗透率及非Darcy流β因子等参量的变化规律与试验得到的变化规律基本吻合,文中建立的流固耦合渗流动力学模型可用于描述破碎煤岩体的渗流行为。
房平亮[2]2017年在《致密油开发流固耦合作用机理及数值模拟方法研究》文中研究指明致密油在中国资源丰富,分布广泛,勘探前景广阔,已在鄂尔多斯、准噶尔、松辽、渤海湾和四川等盆地获得工业发现。致密油藏储层孔喉极为细小,属于亚微米级-纳米级喉道,其变形量对储层基质物性参数的影响要远高于常规油藏。且致密储层发育不同尺度天然裂缝、人工裂缝等,进而加剧了致密油藏开发过程中的流固耦合作用。为了揭示致密油藏在压裂与开采过程中孔缝介质的变形规律,研究流固耦合作用对致密油藏生产动态的影响,本文基于致密砂岩储层孔缝多重介质变形力学机制,分析了致密油藏压裂与采出过程中的流固耦合作用机理。通过对致密储层岩心实验数据分析,得出了基质岩心、裂缝岩心与人工裂缝在升压过程与降压过程中的物性动态变化规律,同时对比了变孔压与变围压两种条件下,不同孔缝介质应力敏感性的差异。根据耦合的实现方式,将流固耦合分为拟耦合与流固耦合两种。其中拟耦合考虑了物性变化,而不必涉及应力、应变。本文在拟耦合形式下,针对不同开发阶段孔缝介质变形及流体渗流特征,建立了相应的物性参数动态变化模型及多相流渗流数学模型,通过有限体积法对模型进行了离散求解,并对典型致密油区块实际水平井的开发过程进行了数值模拟。结果表明:(1)压裂液注入过程中,基质孔隙膨胀,孔、渗物性增大,天然裂缝开启并逐步延伸,当压力高于破裂压力后,会形成人工裂缝,从而大幅改善储层物性参数。(2)在生产过程中,随着地层流体压力的降低,基质孔隙收缩,裂缝开度逐渐变窄,当压力低于闭合压力时,裂缝闭合导致储层物性明显降低。在流固耦合形式下,需要计算应力、应变,因此除渗流数学模型外,还需给出一套描述储层变形的岩石力学模型,针对渗流与变形模型,分别采用有限差分与有限元方法进行离散求解,在此基础上,对致密油多井注采开发过程进行了数值模拟,研究了储层的流固耦合作用。结果表明:(1)致密油藏注采过程中,注水井附近基质膨胀、裂缝开启,物性显著增加;(2)采油井附近基质收缩、裂缝闭合,物性逐渐减小,从而对产能指标造成不利影响。
李涛[3]2008年在《特低渗油藏水驱油规律研究》文中研究说明在我国低渗透油田中,特低渗油藏或超低渗油藏占低渗透储量的一半以上。特低渗油藏由于渗透率较低,存在启动压力梯度,给油田开发带来很大困难,同时,特低渗油藏的储层在开发过程中,要发生部分或全部的不可逆变形,会明显地影响油田的动态特征。因此,特低渗油藏渗流机理的研究具有非常重要的意义。本文推导了不可逆变形情况下,渗透率随着地层压力变化的数学表达式。考虑启动压力梯度,建立了不可逆变形条件下特低渗油藏单相非线性稳定渗流数学模型,并进行了数值求解。计算结果表明:在内边界定压条件下,渗透率下降变化系数越大,地层压力下降越缓慢,产量也随之下降,极限供油半径越小;在内边界定产量条件下,随着渗透率下降变化系数的增加,地层压力下降越快。在此基础上,建立了不可逆变形条件下特低渗油藏单相非线性不稳定渗流数学模型,并进行了数值求解。计算结果表明:在内边界定产量条件下,随着渗透率下降变化系数的增加,地层压力下降越快,井底流压越来越低,极限供油半径越大。利用特低渗油藏单相启动压力实验的结果,得到油水两相渗流启动压力梯度的数学表达式。建立了考虑启动压力梯度的一维油水两相驱替数学模型,进行了数值求解。计算结果表明:启动压力梯度的存在造成了平均含水饱和度的降低和地层压力的升高;平面非均质性的存在导致地层平均含水饱和度和地层压力降低;在平面非均质性大小分别确定的情况下,按渗透率线性增加型和先增后降型的分布方式进行驱替时,驱替效果较好。考虑特低渗油藏的储层变形特征及启动压力梯度的影响,建立一维油水两相流固耦合数学模型,进行了数值求解。计算结果表明:考虑耦合情况下,随着水驱油的不断进行,地层的渗透率和孔隙度是不断增加的;水相压力、含水饱和度和启动压力梯度相对于非耦合模型较低;地层的应变和有效应力逐渐增加。
赵强[4]2015年在《裂缝流固耦合渗流机理研究》文中提出裂缝性储层普遍埋藏深,钻井过程中安全密度窗口窄、井筒压力波动大,经常面临溢漏同存、井控风险大等问题。基于裂缝特征参数,测量与重构裂缝三维空间并开展裂缝流固耦合渗流研究是前述问题和进一步开展相关工程技术研究的基础。针对现场裂缝样品,进行了裂缝表面形态数学描述及裂缝空间的重构与提取、裂缝空间渗流数学模型及渗流机理研究、井筒中多物理场裂缝流固耦合分析等研究。综合利用精细面形测量、逆向重构技术,采用理论研究、实验研究、数值模拟等手段,揭示了裂缝流固耦合渗流机理,主要取得以下认识：(1)利用XSM-LC非接触式高精度测量系统获取真实裂缝表面微凸体三维数据,通过逆向工程等软件进行数据处理,进行裂缝面三维参数的精细刻画。利用获取的裂缝表面真实数据实现裂缝表面及空间三维重构。(2)平板裂缝实验结果说明缝宽、压差和钻井液性能是影响单一理想平板裂缝内流体流速的主要敏感性因素。通过研究粗糙裂缝起伏度对裂缝渗流的影响采用粗糙度系数JRC对裂缝立方体定律进行修正,修正后的立方体定律经过验证能够较好的符合实验数据。在相同微凸体高度及进口速度下,微凸体密度越大,其压差越大。(3)不同JRC下的裂缝渗流差异很大,裂缝流量及速度随JRC增大而减小。随着JRC的增大,裂缝起伏度增大,流体在裂缝中的渗流路径增长,流量减小。对于相同的JRC而言,随着缝宽的增加,裂缝渗流通道越大,渗流流量越大。(4)裂缝闭合初期,其渗流能力迅速减小,随后,裂缝流体流量及速度的变化不再明显。裂缝渗流空间随着裂缝闭合逐渐减小,减小的幅度与裂缝表面形态、起伏度密切相关。(5)压差在裂缝渗流与变形中是一个可控的重要参数。压力在缝内和基质内的传递速度差异较大,裂缝中能够快速的进行压力场的重新分布,压力场的重新分布会影响缝内流动能力。在井筒缝宽较大处,存在较大的井壁失稳风险,渗透率变化明显。在裂缝闭合区域及缝宽较小的区域存在应力集中现象。(6)通过裂缝流固耦合渗流机理的研究,下一步需要解决工程中经常遇到的裂缝漏失问题,明确漏失规律,对其进行定量化计算；该研究是进行堵漏工艺研究、改造裂缝储层研究以及欠平衡钻井随钻储层参数分析的理论基础。
胡强[5]2017年在《碳酸盐岩裂缝网络与井筒耦合流动机理研究》文中研究表明碳酸盐岩地层裂缝网络发育,钻井液漏失是钻井作业过程中面临的一个严重问题,认识典型的裂缝网络类型,建立合适的裂缝网络与井筒耦合流动理论及几何模型,研究裂缝网络与井筒耦合流动规律是非常必要的。本文对川东北雷口坡组-长兴组地层碳酸盐岩裂缝网络露头剖面进行观察与描述,针对碳酸盐岩两种典型裂缝网络特征,分别建立相应的流-固耦合流动理论模型及几何模型,结合实际钻井施工参数及井下碳酸盐岩地层地质力学环境,研究多场耦合作用下碳酸盐岩裂缝网络与井筒耦合流动规律,具体研究内容及取得的主要成果如下:(1)对川东北雷口坡组-长兴组地层碳酸盐岩裂缝网络露头剖面进行实地考察,总结出两种典型裂缝网络:薄层裂缝网络与中厚层裂缝网络,并对相应的裂缝网络特征进行了分析。(2)获取元坝X井雷口坡组-长兴组地层地质力学参数,采集碳酸盐岩露头岩样,通过室内三轴岩石力学实验,获取岩样的岩石力学基本参数。(3)针对薄层碳酸盐岩裂缝网络特征,建立了裂缝性岩体渗流物理模型,基于数字图像处理技术,利用ImageJ软件对野外裂缝网络剖面观察的地质照片进行描述,建立适合薄层裂缝网络与井筒耦合流动几何模型;针对中厚层碳酸盐岩裂缝网络特征,基于双重介质理论模型,建立了中厚层裂缝网络流固耦合理论模型,根据几何分形理论描述了真实裂缝面,建立了中厚层裂缝网络与井筒耦合流动几何模型。(4)对比分析钻遇单条裂缝、多条裂缝和基质三种情况下薄层裂缝网络与井筒耦合流动规律,钻遇裂缝初期,井筒附近的裂缝有短暂张开现象,但是裂缝张开程度小,裂缝是压力及流体传播的主要通道,由于作用在裂缝面上的有效应力降低,裂缝内渗透率会增大,仅钻遇基质时,井筒与地层耦合作用对井周附近的裂缝网络影响小,只会导致井筒附近基质内压力的上升。(5)针对中厚层裂缝网络中两种典型的裂缝网络(平行裂缝网络与剪切裂缝网络),对比分析了考虑基质内节理缝和忽略基质内节理缝两种情况下的中厚层裂缝网络与井筒耦合流动规律,考虑基质内节理缝相比忽略基质内节理缝的裂缝网络与井筒耦合渗流过程,漏失速率和累积漏失量明显增加,而考虑基质内节理缝对裂缝网络与井筒耦合渗流的影响更加符合现实钻井作业环境,计算结果更加可靠。
沈海超[6]2009年在《天然气水合物藏降压开采流固耦合数值模拟研究》文中研究指明天然气水合物能量密度大、在全球范围分布广,被公认为是21世纪最具开发前景的重要能源。从经济可行性考虑,降压法被普遍认为是天然气水合物藏大规模开采的有效方法之一。天然气水合物藏降压开采过程中,固相水合物分解会引起储层物性、力学性质、孔隙压力以及温度等一系列变化,本研究将其统称为“水合物分解效应”;同时,该过程中岩石变形与孔隙流体渗流相互作用密切,因此,充分考虑“水合物分解效应”,开展水合物藏降压开采流固耦合数值模拟研究具有重要的理论和现实意义。本论文针对天然气水合物藏降压开采的相关问题开展流固耦合数值模拟研究。首先,根据质量守恒和能量守恒原理,综合考虑多孔介质中水合物分解热力学和动力学、气、水两相流以及“水合物分解效应”等因素,建立了天然气水合物藏降压开采相变渗流模型;在此基础上,根据流固耦合渗流理论,建立了考虑相态变化的渗透率各向异性天然气水合物藏降压开采气、水两相非等温流固耦合数学模型。与此同时,基于前人开展的疏松砂岩应力敏感性实验,考虑了储层物性参数与应力状态之间的关系,同时兼顾“水合物分解效应”影响,建立了水合物藏储层物性参数综合动态模型。对流固耦合模型控制方程进行离散,基于FEPG有限元平台,自主开发了天然气水合物藏降压开采气、水两相非等温流固耦合数值模拟软件,引入稳定性分析模块后,进一步开发了水合物藏降压开采近井储层稳定性分析软件。其次,利用天然气水合物藏降压开采气、水两相非等温流固耦合数值模拟软件,对水合物藏降压开采近井储层应力状态以及物性参数的变化规律进行了研究,结果表明:“水合物分解效应”、流固耦合作用及井眼效应是影响近井储层应力状态和物性参数的三个主要因素,其作用机理不同,影响程度各异;其中流固耦合作用对分解效应引起的储层物性参数变化趋势具有明显的抑制作用,必须引起重视。再次,利用水合物藏降压开采近井储层稳定性分析软件,对近井弱胶结、低强度、高孔渗分解区储层的稳定性进行了研究,建立了井壁不出砂的临界生产压差分析方法,结果表明:水合物分解区是整个储层稳定性较差的区域,其中井壁上最小水平主应力方向储层稳定性最差,是整个储层出砂的优先位置。影响因素分析进一步表明:“水合物分解效应”、生产压差大小、流固耦合作用以及水平地应力非均匀程度是影响近井储层稳定性的敏感因素,开井速度的影响相对较小。最后,本文对天然气水合物藏降压开采产能进行了流固耦合数值模拟研究,深刻剖析了流固耦合作用对水合物藏开采动态的影响机制。研究表明:尽管流固耦合作用提高了储层弹性驱动能,但岩石孔隙收缩导致储层渗储能力降低的效应占主导地位,因此,耦合模型较非耦合模型的产量预测值偏低。影响因素分析表明:水合物藏产气速率及累计产气量等随储层绝对渗透率增加而增大、随井底压力降低而增大、随地层温度升高而增大。
赵益忠[7]2008年在《疏松砂岩油藏脱砂压裂产能流固耦合数值模拟》文中研究说明出砂是疏松砂岩油藏开发面临的主要难题之一。脱砂压裂技术是国外近年来发展起来的一种高效防砂技术,该技术既能有效控制出砂,又能显著提高压裂井产量,应用前景极为广泛。然而疏松砂岩油藏脱砂压裂机理复杂,目前对其内在规律认识还不够深入。疏松砂岩油藏胶结强度弱,当储层有效应力状态改变时,具有很强的应力敏感性。因此,考虑流固耦合作用影响,系统研究疏松砂岩渗流与变形相互作用的内在机制,对认识疏松砂岩油藏脱砂压裂机理及指导脱砂压裂施工具有重要意义。首先,本文建立了保持疏松砂岩原位孔隙结构的应力敏感性实验方法,对滨南尚二区疏松砂岩进行了应力敏感性实验,建立了疏松砂岩油藏渗透率及弹性模量动态模型;在流固耦合渗流理论基础上,基于广义达西定律及固体小变形假设推导了渗透率各向异性储层流固耦合控制方程,再联立相应辅助方程,建立了新的渗透率各向异性疏松砂岩脱砂压裂人工裂缝-油藏系统流固耦合数学模型;基于Galerkin有限元法,对流固耦合模型控制方程进行了Galerkin空间域离散,并按全隐式格式对渗流方程进行了时间域差分离散,推导建立了流固耦合模型有限元求解公式;在有限元离散的基础上,基于FEPG软件自主开发了疏松砂岩油藏单相及两相渗流流固耦合有限元程序。其次,建立了脱砂压裂动态造缝有限元分析模型,利用位移及渗流压力动态边界对动态造缝过程进行了流固耦合有限元模拟,分析了造缝形态、裂缝尺寸及储层应力敏感程度对疏松砂岩脱砂压裂井近井地带物性参数的影响规律,研究表明脱砂压裂动态造缝会对近裂缝区域储层有效应力及物性参数产生显著影响。最后,本文综合考虑流固耦合作用、动态造缝效应、变裂缝导流能力、储层渗透率各向异性等因素,建立了新的脱砂压裂产能流固耦合分析模型,分析了各因素对储层应力应变特征、储层孔渗特性变化及压后生产的影响。研究表明,在流固耦合作用下,近裂缝区域储层有效应力及物性参数会发生显著变化;动态造缝效应主要对近井眼储层的应变特性及物性参数产生显著影响;储层渗透率各向异性会显著影响整个储层有效应力及物性参数变化及分布,是影响脱砂压裂产能的重要因素;在多因素综合影响下,脱砂压裂增产倍数明显低于常规渗流模型计算结果,且缝长越小,各因素综合影响越显著。本文对疏松砂岩油藏脱砂压裂开发中的流固耦合问题进行了系统研究,得到的研究成果对该类油藏开发具有重要的理论和应用价值。
张瑜[8]2009年在《沁水盆地南部高阶煤产气机理与产气规律研究》文中研究说明我国高阶煤煤炭资源量巨大,煤层气资源量也很丰富,达3.58万亿立方米多。由于我国地质条件和含煤盆地的构造活动复杂,存在着独特的煤层气产气机理和产气规律,而国内外也没有形成系统地分析高阶煤产气机理和产气规律的理论。本文结合沁水盆地南部高阶煤的现场数据,以沁水盆地3#煤层为研究对象,通过研究该煤体的孔隙系统和孔隙微观结构、煤层气吸附解吸规律、渗流机理,提出沁水盆地高阶煤产气机理和规律;建立反映煤层气流动过程中吸附-解吸-扩散-渗流的气水两相渗流场、煤层应力-应变场的流固动态耦合模型,分析沁水盆地高阶煤的产气规律,对中国高阶煤煤层气的勘探开发具有实际的指导意义。本文主要开展的工作:①分析了国内外煤层微孔结构、煤层气吸附、扩散、渗流及流-固耦合模型等方面的研究现状,明确了本论文研究的意义、研究内容和研究方法。②在明确了高阶煤的界定的基础上,概述了我国高阶煤的资源分布特点以及我国主要高阶煤地区的煤层气生产与赋存,并提出了高阶煤煤层气的成藏特征;同时,分析了沁水盆地南部的基本地质概况。③实验研究了不同煤阶煤的孔隙特征和比表面积,高阶煤煤层气的吸附、解吸特性,在此基础上分析了高阶煤煤层气的吸附解吸机理。④分析了煤储层中煤层气渗流的基本特征,并通过实验研究了不同煤阶煤的渗透特性,实验得出煤的渗透性与煤级、应力场、温度场等有关;提出了反映煤层气在煤层裂缝隔理宏观孔隙系统中煤层气流动的渗流压力场、温度场和应力场的高阶煤煤层气单相流固耦合数学模型,并实现了以煤层瓦斯开采为初始和边界条件的数值解,有效模拟了高阶煤煤层气的渗流过程,分析了高阶煤煤层气单相气体排采规律。⑤实验研究了高阶煤煤层气、水两相渗流特性,提出了煤层气、水相对渗透率随饱和度变化时的规律和特点;建立考虑煤层气渗流压力场与煤体变形场的气水两相流固耦合的煤层气渗流模型,采用数值模拟手段分析考虑煤层气渗流压力场、煤体变形场和气水两相耦合作用时煤层气生产井周围的压力变化规律,分析高阶煤层气、水两相的排采规律。
张峰光[9]2007年在《低渗透煤层瓦斯流固耦合理论的研究》文中指出煤层瓦斯是在煤的形成过程中生成并赋存于煤层及煤系地层的一种天然气。它的存在对煤矿的安全生产构成了极大危害，已造成了多次重大伤亡事故。瓦斯抽放是预防瓦斯灾害的有效方法之一，但是随着煤层开采深度的增加，煤层透气性随之减小，从而影响了煤层瓦斯的抽放率和瓦斯抽放效果。因此，解决低渗透煤层的瓦斯抽放已成为确保煤矿安全生产、提高生产效率的关键环节。随着社会经济的发展和人类对能源需求的增大，煤层气资源的开发与利用也日益倍受关注，因此研究低渗透煤层的瓦斯流固耦合理论具有重要的社会价值和经济效益。本文首先对煤层瓦斯的地质特征及储存特征进行了概述，为耦合物性参数和煤岩有效应力的分析研究与建立煤层瓦斯流固耦合渗流模型提供了依据。然后在考虑低渗透煤层启动压力梯度的影响下，通过对瓦斯和水在煤岩孔裂隙中渗流规律的分析，建立了反映渗流过程的低渗透双重介质气—水两相流流固耦合模型。并利用有限差分法和有限元法对耦合方程进行了离散处理。最后编制计算机程序，以巷道钻孔瓦斯流动为例进行计算，并和未考虑耦合效应的渗流模型的模拟结果进行了比较分析，证明了流固耦合效应对煤层气渗流的影响。
宋睿[10]2016年在《基于微尺度重建模型的岩石热—流—固耦合细观机理研究》文中研究说明流体(水、石油、气/汽等)和固体(岩石、土等)的相互作用问题广泛存在于众多地下工程(如矿山、交通、水利水电等)应用中,受工程地质和水文地质条件、流体和岩体力学性质以及工程扰动条件等复杂因素的影响,会产生不同的工程灾害或工程难题。作为一种非均质的多孔介质,岩石的微观孔隙特征决定了其力学性能、热力学性能以及内部流体的输运特性,是开展岩石热—流—固耦合细观机理研究的基础。以孔隙尺度模型为基础,研究岩石在热—流—固三场耦合条件下孔隙结构的演化规律以及对其中流体输运特性的影响,对诸多工程实践具有重要的理论意义和应用价值。本文采用实验研究、理论分析和数值模拟相结合的方法,基于渗流力学、岩石力学、图形图像学和计算力学的多学科交叉理论,通过宏观与微观研究的相互渗透,围绕岩石微尺度模型重建、孔隙微流体输运方程改进、微尺度模型渗透率预测、油水驱替规律以及温度和应力对水驱油效果的影响等问题,开展了岩石热—流—固细观耦合机理及孔隙结构变化对油田开发过程的影响研究,为直观描述和定量分析油田开发过程中岩体温度及应力变化对储层渗流规律的影响提供理论支撑与解决方案。主要研究内容和成果如下：①利用蔡司Xradia MICROXCT-400成像设备开展了岩芯CT成像的实验研究。基于典型岩芯的CT图像,分析了不同图像分割方法对模型孔隙度的影响,以三维岩芯微观图像为基础,研究了采用Matlab软件提取岩样孔隙度及孔径分布的统计计算方法,为后续岩芯微尺度模型重建提供了图像数据。②针对当前多数商业软件采用的Navior-Stokes方程不能准确描述岩石孔隙微尺度流动过程的缺陷,基于微流边界层理论,分析了微流道中流体分子和固体分子间的相互作用力,给出了孔隙流体的黏性系数表达式。研究表明,毛细管流体实验出口流量低于Navior-Stokes方程计算得到的理论值；采用修正后的数学模型,模拟结果与实验结果较好吻合,验证了修正模型的准确性。以该模型为基础,通过合理设置模型润湿角和微流边界层系数的大小和分布区间,再现了因固体壁面处矿物组分的非均质性造成的微流边界层系数和润湿性的非均质性。③针对微观水驱油渗流实验存在的制备过程复杂、耗时较长、出口两相流体的实时计量不准确等问题,借鉴二维玻璃平板微观渗流实验,提出了基于二维图形轮廓线的微尺度模型重建方法。将该模型应用于二维水驱油的数值模拟研究,模拟结果与室内实验结果的较好匹配验证了重建方法的有效性。在此基础上,研究了水驱过程中油水相对渗透率的变化规律、残余油的形成和分布规律,分析了C02微观驱油的过程与特点。④针对等效孔隙网络模型原算法易导致不合理高配位数的缺陷,利用Amira软件的距离排序同伦细化算法,优化了中轴线的搜索过程以及孔隙和喉道的分割方法。以该方法为基础,得到了参数化的岩芯三维等效孔隙网络模型,获得了岩芯孔径分布、孔隙配位数分布及孔喉形状因子等一系列关键参数。采用英国帝国理工大学开发的两相流程序获取了与实验结果较好吻合的绝对渗透率数据和毛细管力曲线,预测了不同润湿性条件下岩样的毛管力及相对渗透率的变化规律,分析了等效孔隙网络模型在拓扑结构及两相驱替过程预测上的不足。⑤针对等效孔隙网络模型拓扑结构与真实岩芯差异较大、水驱油结果不合理的缺陷,结合岩芯微观CT图像提出了基于Mimics和ICEM软件的非结构化网格模型构建方法。该模型的网格质量满足有限元软件分析的最低要求,实现了岩石骨架与流体场耦合边界网格的完美装配,再现了岩样原始微观CT图像的复杂结构特征。利用非结构化网格模型预测了不同方向上的渗透率数据,通过与原始实验结果的对比分析验证了建模方法的有效性。以此为基础,开展了微观尺度水驱油过程的数值模拟,再现了驱替过程中油水的驱替规律及残余油的分布规律,研究了油水相对渗透率的变化规律。通过单相流—固耦合的数值模拟,分析了应力作用下岩石孔隙结构特征的动态演化规律,研究了模型渗透率随围压、孔隙压力的变化特征。⑥针对非结构化网格模型不能真实再现孔隙原始结构特征、网格质量差的不足,提出了基于Matlab软件的结构化网格建模方法。通过减小图像分辨率优化了模型的网格数目,开展了单相渗流、水驱油两相渗流的数值模拟研究,通过与室内实验结果的对比分析,验证了该建模方法的可靠性。开展了等效孔隙网络模型、非结构化网格模型和结构化网格模型的对比分析研究,研究表明结构化网格模型完美再现了岩样微CT图像所呈现的拓扑结构,且网格质量较高,数值模拟结果与实验结果的吻合程度高于其他两类模型,但网格数目相对较多,计算工作量大。⑦微尺度模型和力学参数是进行非均质岩石微尺度变形机理研究的基础。基于砂岩微米级CT图像构建的岩石骨架结构化有限元模型,以被测岩样的微米压痕实验结果作为输入参数,开展了单轴压缩条件下岩石变形的数值模拟研究。结果表明,微米压痕实验测得的弹性模量均值高于单轴压缩实验,且二者的差值随孔隙度的增大而增大；综合考虑砂岩微结构与微尺度力学参数,模型整体弹性模量与单轴压缩实验结果较好吻合,表明岩石微米压痕实验的结果可以很好地适用于微米级别的岩石力学参数。采用数值模拟再现了微米压痕实验的加卸载过程,通过与压痕实验曲线的对比分析预测了微米尺度下岩石的屈服强度,为岩石热—流—固三场耦合研究提供基础力学参数。⑧以岩石结构化孔隙网格模型和微米级力学参数为基础,研究了油田注水开发过程中的水驱油机理,分析了油水界面张力系数、驱替液黏度、注入速率以及模型润湿性对水驱油过程的影响,优化了注水开发过程中的注入液参数。在此基础上,研究了热—流—固三场耦合作用下岩芯孔隙度及渗透率的变化规律,分析了应力和温度对模型水驱油效果的影响。
参考文献：
[1]. 破碎煤岩体流固耦合渗流稳定性试验研究[D]. 尚宏波. 西安科技大学. 2017
[2]. 致密油开发流固耦合作用机理及数值模拟方法研究[D]. 房平亮. 中国地质大学(北京). 2017
[3]. 特低渗油藏水驱油规律研究[D]. 李涛. 中国石油大学. 2008
[4]. 裂缝流固耦合渗流机理研究[D]. 赵强. 西南石油大学. 2015
[5]. 碳酸盐岩裂缝网络与井筒耦合流动机理研究[D]. 胡强. 西南石油大学. 2017
[6]. 天然气水合物藏降压开采流固耦合数值模拟研究[D]. 沈海超. 中国石油大学. 2009
[7]. 疏松砂岩油藏脱砂压裂产能流固耦合数值模拟[D]. 赵益忠. 中国石油大学. 2008
[8]. 沁水盆地南部高阶煤产气机理与产气规律研究[D]. 张瑜. 重庆大学. 2009
[9]. 低渗透煤层瓦斯流固耦合理论的研究[D]. 张峰光. 太原理工大学. 2007
[10]. 基于微尺度重建模型的岩石热—流—固耦合细观机理研究[D]. 宋睿. 西南石油大学. 2016