天然气流固耦合渗流计算的有限元法

天然气流固耦合渗流计算的有限元法

一、天然气流固耦合渗流计算的有限元方法(论文文献综述)

马天然,沈伟军,刘卫群,Xu Hao[1](2021)在《可压缩两相流固耦合模型的间断Galerkin有限元方法》文中进行了进一步梳理认识多孔介质内多相流动和固体变形耦合特征是地下资源开发利用的关键问题.针对这一问题,首先建立了考虑毛细压力和重力作用的可压缩两相渗流与孔隙介质变形耦合方程.在此基础上,推导了流体方程的非对称内罚Galerkin弱形式和固体变形方程的非完全内罚Galerkin弱形式.其次,通过对比一维Terzaghi固结问题的理论解和数值解,验证了间断Galerkin方法在计算流固耦合问题方面的可行性和准确性.然后,针对性开展了二维平面算例和考虑重力效应作用的三维算例,分析了加罚因子δs和δf对数值结果的影响.结果表明,随着气体的持续注入,气体饱和度和孔压增加,有效应力降低,继而引发多孔介质膨胀变形;气体在重力影响下上浮聚集于顶部边界;δs和δf的降低会导致流体和力学信息在局部出现不同程度的波动,提高加罚因子可以有效抑制有限元函数在跨越单元时的不连续性.

陈涛涛[2](2021)在《低频脉冲波对低渗透油藏孔渗参数影响的数值模拟》文中研究表明低频脉冲波采油技术利用波动产生的能量,使油层及其流体产生物理、化学变化,从而改善油层渗流条件、解除油层堵塞、创造有利于原油流动的环境,达到油井增产、注水井增注的目的。该技术具有増油效果好、施工成本低、不伤害储层、不污染环境等优势。然而,现场试验中,“油层受效不稳定”的问题限制了该技术的扩大应用与发展。开展低频脉冲波采油技术动力学作用机制研究,是提高其应用效果的关键。基于地震勘探中的Biot弹性波传播理论,结合低频脉冲波采油技术现有实验研究成果,建立单相渗流条件下孔隙介质弹性波传播动力学模型。通过开展数学模型方程推导与数值离散,引入PML完美匹配层建立一维模拟物理模型,求解得到了流固耦合模型的数值解;通过对比关于渗透率增幅-频率的数值模拟变化规律与实验变化规律,分析了模型可靠性,评价了低频脉冲波采油对储层孔渗参数、流体渗流速度的影响,以及受振动频率、振幅影响的敏感性。研究结果表明,对于均质油藏,低频波动对其储层物性和流体渗流速度都表现出波动变化;对于具有不同孔渗条件的油藏,低频波动使得孔渗条件不好的层位其孔隙度和渗透率改善程度更高,流体的渗流速度更快。在低频波动作用下,低渗透油藏孔隙度最大增幅为4.6%,渗透率最大增幅为11.7%,流体的渗流速度可以达到1.6×10-3m/s;低频波振动频率、振幅不同时储层孔隙度、渗透率的变化不同,整体最佳振动频率为10Hz,最佳振幅为100?m。由此可见,低频脉冲波可以在一定程度上提高低渗透油藏的孔渗条件和流体的渗流环境。该研究对于低频波动技术在矿场的应用与推广具有一定的理论指导意义。

嵇省[3](2021)在《基于全耦合和裂隙组合的渗流随机模拟方法研究》文中进行了进一步梳理裂隙岩体是各种工程经常遇到的复杂介质,岩体介质的力学参数变异性很强,再用确定性方法来研究岩体的渗流问题已经不太适合,而应该采用随机有限元方法对含随机参数的耦合场数值模拟,参数空间变异性对耦合场中各点水头、渗流速度、应力、位移等物理量的分布情况能通过数值计算结果很好地反映出来。本文介绍了组合裂隙岩体渗流特性分析方法以及组合裂隙渗透率与应力之间的关系,并将其应用到程序中,得到能求解组合裂隙流固耦合问题的程序方案;研究了流固全耦合问题的摄动随机有限元法,开发出相应的程序,并通过算例验证了程序的可靠性;本文最后还扩大了计算规模,并以孙疃煤矿为工程背景,建立巷道围岩裂隙模型,讨论了以渗透系数、刚度系数为基础变异量条件下的各物理量的均值和随机规律,得到结论如下:(1)渗流场对应力场有着不可忽视的影响,对各应力分量和位移起到一定程度的削弱,其中考虑渗流场作用比不考虑渗流场作用巷道表面变形要低32%。(2)应力场对渗流场水头分布影响不大,但对渗流场中各点的水力梯度影响较大,水力梯度最大的位置增量达到23%左右;(3)当只有应力场单独随机时:巷道和裂隙附近的应力变异程度相对比较大,其中裂隙中间处x方向应力的变异比值最大,达到了8%以上,说明其受随机性影响较大;当只有渗流场单独随机时:水头的变异性很小,水力梯度的变异性较大,其中裂隙中间处x方向水力梯度的变异比值最大,为6%左右,说明了渗透系数的空间变异性仅对水力梯度产生较大的影响。所以,在实际巷道开挖过程中应注意考虑随机性的影响。该论文有图42幅,表12个,参考文献90篇。

殷鹏飞[4](2020)在《川南龙马溪组页岩力学特性及水力压裂机理研究》文中指出页岩气是继煤层气、致密砂岩气之后重要的非常规天然气资源,具有开采寿命长、生产周期长、烃类运移距离较短及含气面积大等特点,是目前重要的清洁能源发展方向。水力压裂是将页岩气从页岩中开采出来的一种成熟有效的方法。为了实现天然气在页岩基质中的高效运移,需要采用水力压裂在页岩中形成复杂裂缝网络,这需要对复杂裂缝形成的机理,包括页岩的岩性、物性、力学性质、脆性特征以及水力裂缝扩展延伸机制等方面进行深入系统的研究。本文以四川盆地南缘长宁页岩气产区的页岩为研究对象,采用室内试验、理论分析和离散元数值模拟的方法对页岩各向异性力学行为、脆性评价、渗透特性以及水力裂缝扩展机理等相关课题展开了具体研究。主要研究内容和结论如下:(1)对采集于四川长宁页岩气产区的黑色页岩进行了物理及微观特性分析,通过对不同层理倾角页岩开展常规三轴压缩试验、巴西劈裂试验、三轴循环加卸载试验和卸围压试验,分析了页岩在不同应力加载路径下的强度变形特征,揭示了页岩各向异性破坏行为机理,并提出了一种新的预测层状岩石巴西劈裂破坏行为的准则,该破坏准则能很好地描述含层理结构岩石在不同加载倾角下的破坏特征。(2)基于页岩试样室内试验结果,采用多种脆性评价方法对页岩试样的脆性特征进行了分析研究,并以此为基础,提出了两种新的分别基于应力-应变曲线峰后特征和能量平衡特征的脆性评价指数,新指数能清晰地反映页岩试样在不同层理倾角和不同围压下的脆性变化规律,并以此揭示了页岩脆性程度与其破坏模式之间的定性关系。(3)对不同层理倾角的完整页岩试样和含裂隙面的页岩试样进行了渗透率试验研究,得到的两组页岩渗透率随有效应力增大呈指数函数减小。进一步地,基于理论分析描述了流体在含层理或夹层结构层状岩石中的流动规律,揭示了影响页岩等效渗透率的主控因素,以此建立了能描述岩石渗透率各向异性特征的理论模型,推导了能描述含裂隙面页岩等效渗透率与裂隙面渗透率之间关系的表达式,分别建立了含裂隙面页岩等效渗透率和裂隙面渗透率与有效应力之间的关系。(4)基于室内试验结果进行了PFC2D细观参数分析和标定,建立了页岩数值模型,开展了页岩各向异性力学特性的模拟研究,从细观层面揭示了页岩在不同应力加载路径下的变形破坏机理。进一步地,基于改进的PFC2D流-固耦合算法,开展了页岩水力压裂裂缝扩展机理与分段压裂数值模拟研究,分析了层理倾角、层理面强度、地应力水平对水力裂缝扩展特征的影响规律,揭示了不同侧压力系数和不同层理倾角下页岩试样中水力裂缝与层理面的相互作用机理,得到了水平井分段压裂中水力裂缝网络在垂直面和水平面内的分布形态,由此提出了设计射孔最优间距的参考方法。该论文有图165幅,表34个,参考文献381篇。

郭旭洋,金衍,黄雷,訾敬玉[5](2021)在《页岩油气藏水平井井间干扰研究现状和讨论》文中研究说明低渗页岩储层难以自然形成工业油气流,常采用水平井和水力压裂建立人工缝网以保证商业化开采。然而,随着大规模加密布井和压裂,水平井间距缩小、储层改造体积增加,井间出现人工裂缝导致的干扰,影响邻井的井口压力和产量,甚至诱发井控、套损和支撑剂侵入等问题,严重时导致水平井报废,极大地影响生产效率。此外,老井亏空会导致储层地应力在原位地应力的基础上发生动态演化,形成复杂地应力状态,继而影响加密水平井和重复压裂井的储层改造效果,限制井平台产能表现。我国准噶尔盆地、四川盆地、鄂尔多斯盆地等地的页岩油气资源开发已进入小井距和加密布井阶段,井间干扰已对正常生产产生明显影响,急需开展针对性研究。本文对国内外页岩油气藏的井间干扰现象、机理以及诊断方法进行全面、详细的介绍,并提出干预对策。研究认为:准确表征与预测压裂水平井井间干扰需要在地质工程一体化的框架下展开;对天然裂缝、断层、原位地应力和储层岩石力学特征的准确认识是评价井间干扰的前提;地层亏空诱发的动态地应力和复杂人工缝网的建模与表征是定量评价井间复杂缝网交互与连通的关键手段,也是定量预测井间干扰对于井平台最终可采储量(EUR)影响的有效方法;关井、老井注液、重复压裂、优化井距和压裂优化都是干预或减小井间干扰的手段。

窦法楷[6](2020)在《页岩细观力学特性对水力压裂裂缝扩展规律的影响及定量评价研究》文中进行了进一步梳理页岩气储层低孔、低渗的特性使得页岩气开采必须依靠储层改造增透措施来提高产能。水力压裂作为一种高效的储层改造方法,已经广泛应用于页岩气等非常规储层改造。页岩气储层内部层理、矿物分布的非均匀性、井口初始裂缝等影响因素显着增加了水力压裂裂缝扩展过程的复杂性和预测难度,使得水力压裂裂缝的扩展机理至今依然不够清晰,成为页岩气储层压裂机理研究及工程控制的关键科学问题。因此,研究层理力学性质、储层非均质性、初始裂缝形态对页岩在水力压裂作用下破坏和成缝过程的影响具有重要的科学和工程意义。本文采用室内试验、数值模拟与理论分析相结合的研究方法,从细观力学角度研究了层理强度参数、低脆性矿物颗粒质量分数、井口初始裂缝几何参数变化对细观裂缝类型、宏观裂缝形态以及不同加载条件下页岩破裂压力的影响,并引入分形维数概念定量评价了水力压裂裂缝网络的复杂程度。本文主要研究成果如下:(1)建立了层理页岩三点弯曲试验和常规压缩试验的细观力学模型,系统分析了层理强度参数对页岩在拉/压状态下的破坏强度、细观裂缝类型、裂缝网络复杂程度的影响。研究结果表明,当页岩破坏主要发生在层理时,页岩破坏强度与层理整体强度两者之间存在线性相关关系,并且这种相关性不因围压变化而改变。另外,层理剪-拉强度比对页岩宏观裂缝形态及细观裂缝类型的影响程度要高于层理整体强度。(2)建立了层理页岩的水力压裂数值模拟模型,并引入分形维数定量评价各类细观裂缝对页岩总裂缝网络复杂性的贡献程度。研究了层理强度参数变化对水力压裂裂缝与层理交互贯通模式的影响,总结归纳了层理整体强度及层理剪-拉强度比对水力压裂裂缝形态演化的影响规律。研究结果表明,当层理整体强度参数相对较高时,水力压裂裂缝形态简单并且主要沿着大主应力方向延伸;当层理剪-拉强度比相对较低时,水力压裂裂缝形态复杂并且呈放射状向四周扩展。降低层理整体强度更易提高层理裂缝的分形维数,而降低层理剪-拉强度比更易提高基质裂缝的分形维数。(3)将储层非均质性引入页岩水力压裂数值模拟模型,系统分析了低脆性矿物颗粒质量分数及弹性模量对页岩临界破裂压力、压裂液注入量、拉应力场分布以及裂缝渗透率的影响。研究结果表明,选择低脆性矿物质量分数较高且弹性模量较低的页岩气储层开展水力压裂,可以在相同压裂条件下获得较低的页岩临界破裂压力,并且裂缝渗透率较高,储层相对容易进行改造。该研究结果可以为今后通过页岩矿物组成及力学特性判断水力压裂难度和预测压裂效果提供指导意见。(4)提出人工干预水力压裂裂缝扩展路径的工程方法,数值模拟了裂缝扩展路径并多角度对比评价了储层改造效果。通过设计不同的井口初始裂缝形态,分析了井口初始裂缝长度、裂缝分支方向、裂缝对称性等对裂缝扩展路径、孔隙水压力分布及页岩临界破裂压力的影响,并对比研究了三种井口初始裂缝对裂缝渗透率、裂缝分形维数以及储层增产范围的影响差异。相同压裂条件下,X型井口初始裂缝生成的裂缝网络形态更加复杂而对称径向井口初始裂缝诱导产生的裂缝开度较大。上述研究成果揭示了页岩气储层压裂改造过程中的裂缝扩展规律。结合页岩气储层的层理和基质特征及注射井初始环境,该研究结果可以为压裂施工层位的选择,评价储层可压裂性及预测水力压裂裂缝扩展形态提供有效的参考和理论指导。该论文有图96幅,表24个,参考文献191篇。

刘金龙[7](2020)在《基于ABAQUS平台的水力压裂裂缝扩展模拟研究》文中研究表明为了研究水力压裂过程中裂缝在储层中的扩展规律及其扩展过程中缝间的相互干扰作用,以cohesive单元为基础建立数值模拟简化模型,研究分析了不同储层地质参数及天然裂缝发育地层对水力裂缝扩展的影响。通过对比发现:在高脆性的储层中实施水力压裂可提高水力裂缝的穿透性,可压性好;同时高地应力差有助于增加缝长,但对缝宽影响不大;然而在裂缝发育地层中,较高应力差下缝间的相互干扰有利于激活地层中的天然裂缝,进而相互连接形成复杂水力裂缝网络。利用水力裂缝扩展有限元方法,对不同裂缝参数以及不同工作制度下裂缝扩展轨迹进行数值模拟,研究分析了裂缝的变化规律以及缝间的应力干扰。通过对比发现:单裂缝时增加初始裂缝角度,水力压裂前期裂缝偏转角、缝宽、起裂压力增加,但压裂结束后缝长略微减小;近距离直裂缝同时压裂时缝间应力干扰作用明显,但裂缝起裂初期并未发生偏转,且裂缝直线延伸距离与裂缝间距成正比;近距离斜裂缝压裂时缝间会形成较强的应力干扰作用,裂缝尖端出现偏转或者闭合停止扩展,裂缝两侧延伸路径呈现非对称;多裂缝间应力干扰区域的重叠且变化较为剧烈,可改变不同阶段裂缝宽度与裂缝扩展方向。本文基于ABAQUS平台进行数值模拟并对水力压裂过程中的裂缝扩展规律进行研究分析,结合模拟结果来评价水力压裂过程中裂缝在储层中的扩展状态。针对非常规油气储层的压裂开发,此研究可视为一种简便有效的方法,通过参考可更加精确的人为控制裂缝的扩展。

闫浩[8](2020)在《超临界CO2压裂煤体分阶段致裂机理及裂缝扩展规律》文中研究表明超临界CO2(SC-CO2)压裂技术作为一项环保的无水压裂开采技术,在煤炭资源安全开采过程中,引发了越来越多的关注。利用SC-CO2压裂煤体不仅能够改变煤体的裂隙结构,而且可以达到地质封存CO2的目的,具有重要的现实意义与应用前景。目前,SC-CO2压裂技术已经在非常规油气资源开采领域进行过初步探索,但整体处于起步阶段,关于SC-CO2压裂过程中的相态变化、裂缝扩展规律、复杂裂缝形成机理、压裂效果评估等内容还没有研究清楚,亟待进一步研究。本文围绕煤体压裂改造的主题,采用现场调研、实验室试验、理论分析、数值模拟、人工智能等手段,研究了SC-CO2压裂的分阶段致裂过程及其裂缝形成机制,得到了SC-CO2压裂煤体的裂缝扩展规律,建立了考虑SC-CO2流体低增压速率和高扩散能力的裂缝起裂准则,提出了SC-CO2压裂的分阶段数值模拟方法,构建了SC-CO2压裂效果的混合人工智能预测模型,并给出了基于智能模型的SC-CO2压裂工程设计方法。论文取得了如下主要创新性成果:(1)系统研究了SC-CO2压裂煤体的“射流冲击+相变膨胀”分阶段致裂原理,给出了CO2相变致裂阶段的爆裂能量估算公式,分析了温度场-渗流场-应力场耦合作用下SC-CO2压裂煤体的压力-时间演化规律与裂缝展布形态,揭示了SC-CO2压裂煤体的复杂裂缝形成机制。(2)研究了SC-CO2在压裂钻孔中的增压速率和钻孔围岩中的孔隙压力变化规律,建立了考虑SC-CO2流体低增压速率和高扩散能力的裂缝起裂准则,给出了SC-CO2压裂起裂压力及起裂时间的计算流程,构建了SC-CO2裂缝与天然裂缝相交前后剪切滑移量的定量分析方法。(3)提出了SC-CO2压裂的“流固耦合-相变当量”分阶段数值模拟方法,得到了地应力、注入速率等关键参数对SC-CO2压裂裂缝扩展的影响规律,定量分析了SC-CO2压裂阶段和CO2相变致裂阶段的压裂效果,揭示了相邻压裂钻孔间相向裂缝的扩展路径与动态扩展相互作用机制。(4)构建了集成支持向量机、灰狼优化算法、差分进化算法的SC-CO2压裂效果的混合人工智能预测模型,验证了DGWO-SVM混合人工智能模型的精确度,提出了基于混合智能模型的SC-CO2压裂工程设计方法与流程,并结合典型矿井工况条件进行了压裂方案设计。该论文有图99幅,表14个,参考文献203篇。

刘畅[9](2020)在《基于多相流及多场耦合的库岸滑坡机理研究》文中认为随着我国水利水电工程建设的发展,一批高坝大库陆续建成并投入使用,库区因其地质环境复杂,加之受库水变动、降雨和河流冲蚀等因素诱发,是滑坡灾害的高发区之一。库岸滑坡受库水位升降和降雨作用影响明显,其形成、发展和失稳破坏是降雨、库水位升降、气温变化等外在因素与地形、地质、水文等内在因素共同作用的结果,涉及到固相变形、水体流动、气体迁移、温度传输等过程的多相流及多场耦合复杂体系。鉴于此,本文基于多相流及多场耦合的理论及方法,以库岸滑坡形成机理为研究主题,以降雨、库水位升降为主导诱发因素的库岸滑坡为研究对象,结合三峡库区典型滑坡,重点开展了非饱和土多场耦合特性及试验测试、数值分析方法以及降雨作用主导型、库水作用主导型滑坡形成机理等方面的研究。主要研究工作如下:(1)推导了一个包含温度和孔隙率影响的土水特征曲线模型,设计并开展了温度、孔隙率对三峡库区红壤土土水特征曲线影响的测试试验,结合试验测试结果,对模型的适用性和合理性进行了验证分析。模型最终形式为基质吸力与有效饱和度、温度及孔隙率的函数关系,包含5个参数,参数物理意义明确。模型计算值和试验结果吻合较好,表明该模型能较好地描述不同温度和孔隙率条件下非饱和土体的土水特性,可为库岸滑坡多场耦合研究提供土水特征曲线模型及参数。(2)通过试验获取累计出水量和施加的气压力,采用网格搜索方法与水气二相流正算相结合的数值反演手段,发展了一种非饱和土体水、气相对渗透性快速测试方法。该方法不需要达到逐级吸力条件下的水力平衡状态,大大缩短了试验测试时间,网格搜索法能有效识别全局最优解,结果可靠。以红壤土为试验对象,对测试方法进行了验证分析,表明这种方法能够快速准确地测试非饱和土渗透特性,测试结果可为基于多相流的数值分析提供参数。(3)提出了一种土样改进重塑制样方法,该方法可以有效避免传统击实土样的分层性,有效恢复土壤中的基质吸力状态,使试样非饱和强度特性更接近原状土。基于该制样方法开展了不同饱和度土体的三轴剪切测试试验,构建了粘聚力、内摩擦角与饱和度的函数关系,为库岸滑坡多场耦合分析提供强度指标。(4)发展了一种基于最小二乘有限元的非饱和土体导热系数测试方法,在此基础上开展了非饱和土传热特性测试试验,研究了饱和度、孔隙率对红壤土导热系数的影响。该方法以试验测试的温度数据作为已知条件,直接反算非饱和土导热系数非恒定过程,不需要进行大量的正算和优化反演过程,极大地提高了计算效率和测试精度。基于Tong提出的多孔介质导热系数模型和试验测试数据,建立了红壤土导热系数与饱和度、孔隙率之间的相关关系,可用于滑坡温度场的数值分析中。(5)开展了多因素耦合条件下高度病态、非线性控制微分方程数值求解路径及方法研究,基于有限单元法,发展了一种多相流及多场耦合数值分析方法,提高了数值计算的稳定性、收敛性和计算效率。采用自适应时间步长、交叉迭代、优化非零元素数据储存等数值处理技术,提高了数值计算效率;以饱和度、孔隙气压力为基本未知量求解水气耦合流动问题,增大了方程控制基本变量主系数的数值,克服了“压力”求解模式下的数值稳定性难题。采用Fortran语言编写了相关计算分析程序,通过经典的Liakopoulos砂柱排水试验和自主设计室内降雨入渗试验,验证了计算程序的可靠性和适用性。为研究库岸滑坡稳定性演化规律,提出了一种基于多相流及多场耦合数值模拟的边坡稳定性计算方法。(6)采用多相流及多场耦合数值分析方法,依托三峡库区谭家湾滑坡,分析了降雨和库水位变动条件下滑坡温度变化、水气渗流、变形及稳定性演化特征,研究了降雨条件、气温变化对滑坡降雨入渗和稳定性的影响,进行了降雨作用主导型滑坡多因素耦合分析。研究表明,降雨入渗对降雨作用主导型滑坡的影响主要来源于广义荷载效应和材料劣化效应。在降雨入渗过程中,边坡表层会形成一层饱和区,在强降雨初期,饱和区向下的孔隙水压力梯度使边坡稳定性略微增加,随着雨水入渗,坡体内孔隙气压力增加,增大的孔隙气压力一方面会阻滞降雨入渗进程,另一方面将顶部的饱和水压力传到滑坡体前端饱和区,形成一种水气耦合传力机制,不利于滑坡稳定。另外,由于降雨入渗及滑床与滑体渗透性差异,滑体区域会形成高饱和区,降低了材料抗剪强度特性,加速边坡变形,不利于滑坡稳定。(7)基于多相流及多场耦合的理论及其数值方法,以三峡库区树坪滑坡为背景,研究了库水位变动与降雨综合作用下,滑坡温度变化、水分运移、气体传输、应力变形、稳定性演化规律,分析了库水位升降速率、滑体渗透性对滑坡稳定性的影响,研究了库水位变动对库水作用主导型滑坡的作用机理。结果表明,库水位升降对滑坡的作用机制会因滑体渗透性不同而有所差异。当滑体渗透系数远小于库水位升降速率时,主要是通过对坡脚的压重作用影响边坡稳定,库水位上升,坡脚压重增大,有利于稳定。当滑体的渗透系数与库水位的升降速率相差不大时,库水位升降对滑坡稳定性影响主要来源于“动水压力”效应,库水位升降引起的孔隙水压力变化响应时间和空间差异性明显,由此会产生附加孔隙水压力梯度,影响边坡稳定,滑坡稳定性与库水位升降呈明显的正相关关系。当滑体渗透系数远大于库水位上升速率时,库水位上升主要通过“浮托减重”效应降低滑坡稳定性。(8)开展了在降雨、库水位升降等因素下,库岸滑坡温度与渗流耦合作用效应研究。气温变化主要是通过间接作用影响降雨作用主导型滑坡稳定性,对库水作用主导型滑坡影响较小。气温变化会引起坡体表层温度变化,使水、气渗透性和基质吸力大小发生改变,进而影响坡表吸入与溢出流量和降雨入渗过程,最终影响滑坡稳定。

亓倩[10](2020)在《页岩气储层多级压裂水平井多场耦合非线性渗流理论研究》文中研究表明页岩气藏水平井体积压裂改造使页岩储层形成复杂的裂缝网络,页岩气渗流表现出多尺度多流态的渗流特性;压裂水平井改造区与未改造区形成多区域结构;由于降压开采应力场变化,导致不同尺度介质变形,流固耦合问题凸显且流动规律不明。本论文紧紧围绕页岩气藏开发过程中复杂形态的压裂缝网多尺度多流态渗流模拟、多区域结构压力动边界扩展、多重介质(特别是改造区)渗流-应力-介质变形耦合非线性复杂渗流、以及页岩气藏开采产能预测等问题,通过物理模拟实验、理论分析、数值仿真等相结合的方法,实现了多尺度、多区域、多场耦合渗流模拟,具体展开了以下研究工作:(1)建立了不同形态缝网表征的全过程多尺度流动统一模型。通过巴西劈裂实验,联用声发射实验监测技术确保人工压裂缝的形态完整性,诱导裂缝产生;经X射线CT扫描,观测岩样内部压裂缝形态,测得压裂缝开度;在页岩气多尺度非线性渗流基础上,针对压裂裂缝网络形态的复杂性,探究了不同形态复杂裂缝网络气体渗流机理,实现了裂缝网络结构的准确表征方法及数学描述;并与常规致密储层缝网形态及表征方法进行对比。(2)建立了层理发育页岩气储层三区耦合非线性渗流数学模型。基于页岩气储层三区渗流物理模型,将水平井体积压裂流动分为三区模型:Ⅰ改造区(主改造区、次改造区)、Ⅱ未改造区、Ⅲ水平井筒区;建立了多级压裂水平井复杂缝网非线性稳定渗流模型,分析了页岩气储层多尺度流动,形成了产能计算方法;考虑层间层内非均质性,进一步研究了层理页岩储层各向异性渗流规律及产能影响因素;揭示多级压裂水平井基质-压裂缝-井筒耦合流体流动规律,综合对裂缝间距、裂缝开度及压裂范围进行优化,指导现场压裂生产。(3)建立了页岩气储层有效动用边界动态预测方法。利用稳定状态依次替换法推导了考虑解吸、扩散、滑移的页岩气储层未压裂、单一裂缝压裂、复杂裂缝压裂条件下压力扰动传播动边界随时间变化的关系式;建立了页岩气储层不压裂及压裂(渗透率分形分布/高斯分布)不稳定渗流压力特征方程,得出了井底压力变化规律;进而分析了页岩气储层不压裂及压裂井(渗透率分形分布/高斯分布)产气量随时间的变化。(4)建立了页岩气高效开发流固耦合非线性渗流数学模型。从渗流微观-宏观动力学行为出发,通过应力敏感实验研究储层流固耦合作用与流体流动规律;搞清了微观与宏观有效应力的相互作用关系,并建立了孔隙度和渗透率在有效应力作用下的数学模型;以多区复合为特征,建立页岩储层水平井体积压裂流固耦合非线性渗流数学模型,并形成页岩储层水平井体积压裂流固耦合非线性渗流数值模拟方法和技术;通过理论分析和实验研究,选择典型实例进行模拟分析和验证模型的准确性。以上研究为页岩气产能预测及开发指标优化提供了理论依据。

二、天然气流固耦合渗流计算的有限元方法(论文开题报告)

(1)论文研究背景及目的

此处内容要求:

首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。

写法范例:

本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。

(2)本文研究方法

调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。

观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。

实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。

文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。

实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。

定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。

定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。

跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。

功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。

模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。

三、天然气流固耦合渗流计算的有限元方法(论文提纲范文)

(2)低频脉冲波对低渗透油藏孔渗参数影响的数值模拟(论文提纲范文)

摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 研究目的与意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 低频脉冲波采油技术
        1.2.2 饱和单相流体多孔介质弹性波传播理论
        1.2.3 多孔介质弹性波传播数值求解方法
        1.2.4 波动条件下储层物性变化
    1.3 研究内容及创新点
        1.3.1 研究内容
        1.3.2 创新点
    1.4 技术路线
第二章 低频脉冲波波动作用下低渗油藏单相渗流模型的建立
    2.1 Biot弹性波传播理论
    2.2 低频脉冲波波动作用下低渗油藏单相渗流模型的建立
        2.2.1 模型假设条件
        2.2.2 运动方程
        2.2.3 连续性方程
        2.2.4 状态方程
        2.2.5 启动压力梯度
        2.2.6 定解条件
    2.3 本章小结
第三章 COMSOL数值模拟介绍及模型的建立
    3.1 COMSOL数值模拟仿真软件介绍及建模流程
        3.1.1 仿真软件介绍
        3.1.2 COMSOL建模流程
    3.2 物理模型
    3.3 初始条件及边界条件
    3.4 网格剖分
    3.5 本章小结
第四章 低频脉冲波对低渗透油藏孔渗参数影响的数值模拟
    4.1 波动耦合渗流模型数值模拟
        4.1.1 主控方程有限元构建
        4.1.2 模型验证
    4.2 低频脉冲波对单相渗流的影响规律研究
        4.2.1 低频脉冲波对低渗透油藏孔隙度的影响
        4.2.2 低频脉冲波对低渗透油藏渗透率的影响
        4.2.3 低频脉冲波对低渗透油藏渗流速度的影响
    4.4 本章小结
第五章 结论与认识
致谢
参考文献
攻读学位期间参加科研情况及获得的学术成果

(3)基于全耦合和裂隙组合的渗流随机模拟方法研究(论文提纲范文)

致谢
摘要
abstract
变量注释表
1 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 国内外研究现状
    1.3 本文主要研究内容
2 组合裂隙渗流和流固耦合分析
    2.1 引言
    2.2 组合裂隙岩体渗流特性分析
    2.3 裂隙岩体渗流流固耦合理论
    2.4 渗流流固耦合有限元方法
3 渗流-应力全耦合随机有限元方法
    3.1 引言
    3.2 全耦合有限元基本理论
    3.3 随机场基本理论
    3.4 随机场离散方法
    3.5 渗流-应力全耦合随机有限元分析方法
    3.6 算例
4 渗流流固耦合随机有限元程序设计
    4.1 引言
    4.2 程序主要特点与基本功能
    4.3 程序设计原理
    4.4 程序的模块化设计
    4.5 主要子程序介绍
    4.6 算例分析
5 工程实例与应用分析
    5.1 引言
    5.2 运算规模的扩大
    5.3 算例
    5.4 工程实例
6 结论与展望
    6.1 主要结论
    6.2 展望
参考文献
作者简历
学位论文数据集

(4)川南龙马溪组页岩力学特性及水力压裂机理研究(论文提纲范文)

致谢
摘要
abstract
变量注释表
1 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
    1.3 主要研究目标与内容
    1.4 研究方法及技术路线
2 页岩的物理及微观特性研究
    2.1 页岩取样
    2.2 试验测试系统
    2.3 页岩物理及微观特性分析
    2.4 本章小结
3 页岩的强度、变形及破坏特性试验研究
    3.1 页岩常规三轴压缩试验研究
    3.2 页岩巴西劈裂试验研究
    3.3 页岩三轴循环加卸载试验研究
    3.4 页岩三轴卸围压试验研究
    3.5 本章小结
4 基于室内试验的页岩脆性评价方法研究
    4.1 页岩脆性评价的方法
    4.2 基于不同评价方法的页岩脆性特征分析
    4.3 页岩脆性特征与破坏模式的关系讨论
    4.4 本章小结
5 完整和含裂隙页岩渗透特性试验研究
    5.1 试验原理和程序
    5.2 完整页岩渗透特性分析
    5.3 裂隙页岩渗透特性分析
    5.4 本章小结
6 页岩的强度、变形及破坏机理离散元模拟研究
    6.1 PFC2D程序简介
    6.2 页岩数值模型的建立及细观参数标定
    6.3 页岩常规三轴压缩模拟结果分析
    6.4 页岩循环加卸载模拟结果分析
    6.5 页岩卸围压模拟结果分析
    6.6 本章小结
7 页岩水力裂缝扩展机理及应用研究
    7.1 PFC2D中流-固耦合的实现
    7.2 页岩水力压裂裂缝扩展机理研究
    7.3 页岩储层水平井分段压裂应用研究
    7.4 本章小结
8 结论与展望
    8.1 主要结论
    8.2 主要创新点
    8.3 研究展望
参考文献
作者简历
学位论文数据集

(5)页岩油气藏水平井井间干扰研究现状和讨论(论文提纲范文)

0 引言
1 页岩油气藏水平井井间干扰现象
2 页岩油气藏水平井井间干扰机理
    2.1 井间干扰的形式
        2.1.1 复杂储层条件下的水力缝网
        2.1.2 地层亏空诱发地应力演化
        2.1.3 返排过程中的裂缝闭合
    2.2 井间干扰机制的分类
    2.3 井间干扰主控因素
        2.3.1 储层条件
        2.3.2 工程参数
3 页岩油气藏水平井井间干扰的现场诊断
    3.1 压力监控
    3.2 生产动态和试井井间干扰监控方法
    3.3 钻井数据分析
    3.4 微地震数据分析
    3.5 示踪剂监测手段
    3.6 小型压裂测试法
4 页岩油气藏水平井井间干扰的对策
    4.1 钻采施工前的地质工程一体化设计
    4.2 钻采过程中的干预方法
        4.2.1 已有水力裂缝保护
        4.2.2 加密井/重复压裂优化
5 结束语

(6)页岩细观力学特性对水力压裂裂缝扩展规律的影响及定量评价研究(论文提纲范文)

致谢
摘要
abstract
变量注释表
1 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状与不足
    1.3 研究内容与创新点
    1.4 研究方法和技术路线
2 三轴压缩试验中层理对页岩各向异性的影响
    2.1 引言
    2.2 电液伺服岩石试验系统
    2.3 试样准备与试验过程
    2.4 试验结果及分析
    2.5 试验结果对比
    2.6 本章小结
3 层理对拉/压作用下页岩细观裂缝扩展行为的影响
    3.1 引言
    3.2 接触模型
    3.3 页岩三点弯曲试验数值模拟模型
    3.4 拉伸作用下层理对页岩裂缝扩展的影响分析
    3.5 页岩单轴压缩试验数值模拟模型
    3.6 压缩作用下层理对页岩裂缝扩展的影响分析
    3.7 常规三轴压缩状态下不同层理强度参数组合的影响差异分析
    3.8 本章小结
4 层理对页岩水力压裂裂缝形态演化的定量评价
    4.1 引言
    4.2 流-固耦合算法
    4.3 页岩水力压裂试验数值模拟模型
    4.4 层理整体强度
    4.5 层理剪-拉强度比
    4.6 层理整体强度与层理剪-拉强度比的影响差异对比
    4.7 本章小结
5 储层非均质性对页岩临界破裂压力及裂缝渗透率的影响
    5.1 引言
    5.2 低脆性矿物质量分数
    5.3 低脆性矿物弹性模量
    5.4 储层非均质性对压裂效果的影响
    5.5 本章小结
6 井口初始裂缝形态对页岩临界破裂压力及裂缝扩展路径的影响
    6.1 引言
    6.2 对称径向井口初始裂缝
    6.3 X型井口初始裂缝
    6.4 单边径向井口初始裂缝
    6.5 初始裂缝形态对渗透率和分形维数的影响
    6.6 应力比变化对页岩破坏特征的影响
    6.7 本章小结
7 结论与展望
    7.1 主要结论
    7.2 研究展望
参考文献
作者简历
学位论文数据集

(7)基于ABAQUS平台的水力压裂裂缝扩展模拟研究(论文提纲范文)

中文摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 选题的背景、研究目的及意义
        1.1.1 选题背景
        1.1.2 研究目的及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 非常规油气资源的认识及储层特征
        1.2.2 水力压裂裂缝模型及数值模拟简介
    1.3 本文主要研究内容
    1.4 创新点
第二章 水力压裂模拟的数学模型
    2.1 流-固耦合的基本方程
        2.1.1 多孔介质的概念
        2.1.2 孔隙介质有效应力
        2.1.3 孔隙介质固体颗粒的控制方程
        2.1.4 孔隙介质流体的控制方程
        2.1.5 边界条件
        2.1.6 ABAQUS中有限元离散化方法
    2.2 物性参数动态模型分析
        2.2.1 孔隙度动态模型
        2.2.2 渗透率动态模型
        2.2.3 孔隙压缩系数动态模型
        2.2.4 饱和度动态模型
    2.3 裂缝扩展基本方程
        2.3.1 Cohesive单元简介
        2.3.2 单元的本构模型
        2.3.3 裂缝起裂、扩展准则
        2.3.4 单元损伤演化准则
        2.3.5 混合模式临界断裂能
        2.3.6 断裂能计算
        2.3.7 裂缝面内流体流动模型
    2.4 本章小结
第三章 裂缝作用因素数值模拟研究
    3.1 井壁围岩的应力分布
        3.1.1 直井井壁围岩模型的建立
        3.1.2 数值验证
    3.2 储层地质参数对水力裂缝的影响
        3.2.1 二维单缝模型的建立
        3.2.2 杨氏模量与缝宽
        3.2.3 泊松比与缝宽
        3.2.4 脆性指数与缝宽
        3.2.5 水平主应力差
    3.3 三维单裂缝模型的分析
    3.4 裂缝发育地层的水力压裂的模拟
        3.4.1 二维地层模型的分析
    3.5 本章小结
第四章 水力压裂裂缝扩展及相互作用的研究
    4.1 裂缝尖端应力强度分析
        4.1.1 数值验证
    4.2 裂缝参数对扩展轨迹的影响
        4.2.1 单裂缝模型起裂分析
        4.2.2 2 条裂缝同时起裂分析
        4.2.3 2 条裂缝分时时起裂分析
    4.3 裂缝间应力干扰分析
        4.3.1 单井中平行直裂缝应力影
        4.3.2 双井中平行直裂缝应力影
        4.3.3 “井工厂”压裂应力影
    4.4 本章小结
第五章 结论与认识
致谢
参考文献
攻读学位期间参加科研情况及获得的学术成果

(8)超临界CO2压裂煤体分阶段致裂机理及裂缝扩展规律(论文提纲范文)

致谢
摘要
abstract
变量注释表
1 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 国内外研究现状
    1.3 研究内容与方法
    1.4 主要创新点
2 SC-CO_2压裂煤体的分阶段致裂原理
    2.1 煤体的孔裂隙结构特征
    2.2 SC-CO_2压裂全过程相态特征及分阶段致裂机制
    2.3 SC-CO_2压裂阶段的能量耗散
    2.4 CO_2相变致裂阶段的爆裂能量
    2.5 本章小结
3 真三轴SC-CO_2压裂煤体裂缝扩展试验
    3.1 真三轴SC-CO_2压裂试验方案
    3.2 SC-CO_2压裂过程中的压力-时间演化规律
    3.3 热流固耦合作用下煤体裂缝扩展形态
    3.4 SC-CO_2压裂煤体的复杂裂缝形成机制
    3.5 本章小结
4 SC-CO_2压裂的裂缝起裂准则及剪切滑移行为
    4.1 煤层钻孔围岩应力场分析
    4.2 SC-CO_2压裂的裂缝起裂准则
    4.3 SC-CO_2裂缝与天然裂缝相交的剪切滑移行为
    4.4 本章小结
5 流固耦合-相变当量分阶段模拟方法及裂缝动态扩展特征
    5.1 流固耦合-相变当量分阶段压裂数值模拟方法
    5.2 分阶段压裂数值模拟方法的验证
    5.3 单孔裂缝动态扩展行为特征
    5.4 多孔相向裂缝动态扩展行为特征
    5.5 本章小结
6 SC-CO_2压裂效果的混合智能预测模型及应用
    6.1 DGWO-SVM混合智能模型
    6.2 模型训练参数的选取与量化
    6.3 DGWO-SVM混合模型的建立与预测
    6.4 SC-CO_2压裂工程设计方法
    6.5 SC-CO_2压裂试验矿井工程设计
    6.6 本章小结
7 结论与展望
    7.1 主要结论
    7.2 研究展望
参考文献
作者简历
学位论文数据集

(9)基于多相流及多场耦合的库岸滑坡机理研究(论文提纲范文)

论文创新点
内容摘要
abstract
1 绪论
    1.1 问题的提出
    1.2 国内外研究进展
    1.3 主要研究工作
2 多相流及多场耦合数学模型
    2.1 引言
    2.2 基本假定
    2.3 守恒方程
    2.4 多相流及多场耦合控制方程
3 非饱和土多场耦合特性及试验测试研究
    3.1 引言
    3.2 土水特征曲线模型及试验测试研究
    3.3 非饱和土渗透特性测试研究
    3.4 非饱和土强度特性试验研究
    3.5 非饱和土传热性能测试研究
    3.6 本章小结
4 多相流及多场耦合模型的数值求解
    4.1 引言
    4.2 数值求解策略
    4.3 有限元计算格式
    4.4 砂柱排水试验验证
    4.5 室内降雨入渗试验对比分析
    4.6 边坡稳定计算方法
    4.7 本章小结
5 降雨作用主导型库岸滑坡机理研究
    5.1 引言
    5.2 计算模型
    5.3 实际工况下滑坡多场特征演化规律
    5.4 降雨条件对降雨入渗及滑坡稳定性的影响
    5.5 气温对降雨入渗及滑坡稳定性的影响
    5.6 降雨作用主导型滑坡多因素耦合机理
    5.7 本章小结
6 库水作用主导型库岸滑坡机理研究
    6.1 引言
    6.2 计算模型
    6.3 实际工况下滑坡多场特征演化规律
    6.4 库水升降作用对滑坡稳定性的影响
    6.5 库水作用主导型滑坡多因素分析
    6.6 本章小结
7 结论与展望
    7.1 主要结论
    7.2 研究展望
参考文献
后记
附录:攻读博士学位期间发表的部分学术论着

(10)页岩气储层多级压裂水平井多场耦合非线性渗流理论研究(论文提纲范文)

致谢
摘要
abstract
1 引言
    1.1 选题依据及意义
    1.2 研究现状及存在问题
        1.2.1 页岩气多尺度流动机理
        1.2.2 页岩气流固耦合流动机理
        1.2.3 页岩气储层压裂开发非线性渗流理论
    1.3 研究内容和方法
        1.3.1 主要科学问题
        1.3.2 研究内容
        1.3.3 技术路线
2 多级压裂水平井不同形态缝网渗流产能模型
    2.1 纳微米孔隙多流态渗流模型表征
    2.2 不同裂缝形态渗流规律及模型表征
        2.2.1 物理模型
        2.2.2 模型表征
        2.2.3 模型验证
    2.3 多级压裂水平井不同形态缝网稳定渗流模型
        2.3.1 页岩气储层多级压裂水平井物理模型
        2.3.2 压裂缝网径向渗流数学模型
        2.3.3 层理页岩储层各向异性渗流数学模型
        2.3.4 水平井筒压降渗流数学模型
        2.3.5 模型验证与分析
    2.4 本章小结
3 页岩气开采压力传播动边界渗流问题
    3.1 直井压力传播动边界渗流数学模型
    3.2 压裂井压力传播动边界渗流数学模型
        3.2.1 单一裂缝直井动边界传播模型
        3.2.2 复杂裂缝直井动边界传播模型
        3.2.3 多级压裂水平井动边界传播模型
    3.3 页岩气储层压裂井气体渗流压力传播规律
        3.3.1 页岩气储层直井渗流压力传播规律
        3.3.2 页岩气储层压裂水平井渗流压力传播规律
    3.4 模型验证与分析
        3.4.1 压力传播动边界影响因素分析
        3.4.2 地层压力分布影响因素分析
        3.4.3 产气量影响因素分析
    3.5 本章小结
4 页岩气储层多尺度-流固耦合渗流数学模型
    4.1 流固耦合渗流实验
        4.1.1 页岩围压应力敏感性实验
        4.1.2 Biot系数的测定
    4.2 页岩储层流固耦合渗流模型
        4.2.1 页岩储层变形的应力控制方程
        4.2.2 页岩储层基质-裂缝流固耦合渗流运动方程
    4.3 渗透率流固耦合影响因素分析
    4.4 本章小结
5 多级压裂水平井多尺度-流固耦合渗流模型
    5.1 不同缝网分布形式对压力场的影响
        5.1.1 页岩储层基质-裂缝流固耦合控制方程
        5.1.2 定解条件
    5.2 模型验证与分析
        5.2.1 数值计算模型
        5.2.2 流固耦合压力场特征分析
    5.3 页岩储层基质-缝网两区流固耦合数学模型
        5.3.1 页岩储层基质-缝网两区流固耦合控制方程
        5.3.2 定解条件及求解
    5.4 产气量及压力特征分析
        5.4.1 产气量特征分析
        5.4.2 压力特征分析
    5.5 典型生产井的模拟验证和产能预测
    5.6 本章小结
6 结论及创新点
    6.1 研究结论
    6.2 创新点
    6.3 下一步研究展望
参考文献
作者简历及在学研究成果
学位论文数据集

四、天然气流固耦合渗流计算的有限元方法(论文参考文献)

  • [1]可压缩两相流固耦合模型的间断Galerkin有限元方法[J]. 马天然,沈伟军,刘卫群,Xu Hao. 力学学报, 2021(08)
  • [2]低频脉冲波对低渗透油藏孔渗参数影响的数值模拟[D]. 陈涛涛. 西安石油大学, 2021(10)
  • [3]基于全耦合和裂隙组合的渗流随机模拟方法研究[D]. 嵇省. 中国矿业大学, 2021
  • [4]川南龙马溪组页岩力学特性及水力压裂机理研究[D]. 殷鹏飞. 中国矿业大学, 2020
  • [5]页岩油气藏水平井井间干扰研究现状和讨论[J]. 郭旭洋,金衍,黄雷,訾敬玉. 石油钻采工艺, 2021(03)
  • [6]页岩细观力学特性对水力压裂裂缝扩展规律的影响及定量评价研究[D]. 窦法楷. 中国矿业大学, 2020
  • [7]基于ABAQUS平台的水力压裂裂缝扩展模拟研究[D]. 刘金龙. 西安石油大学, 2020(10)
  • [8]超临界CO2压裂煤体分阶段致裂机理及裂缝扩展规律[D]. 闫浩. 中国矿业大学, 2020
  • [9]基于多相流及多场耦合的库岸滑坡机理研究[D]. 刘畅. 三峡大学, 2020(06)
  • [10]页岩气储层多级压裂水平井多场耦合非线性渗流理论研究[D]. 亓倩. 北京科技大学, 2020(01)

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天然气流固耦合渗流计算的有限元法
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