非饱和土渗流与变形耦合问题的有限元分析

基于多孔介质力学原理,建立能模拟非饱和土两相流动与变形耦合问题的理论模型。利用Galerkin法对控制方程进行离散,得到控制方程的有限元计算格式。在此基础上,自主开发了有限元计算程序U-DYSAC2,并对Liakopoulos两相流动试验这一经典算例以及重非亲水相流体（DNAPL）在饱和多孔介质中迁移的离心模型试验进行了数值模拟。计算结果表明,理论预测与试验结果基本吻合,验证了所提出的分析方法在模拟非饱和土渗流以及变形问题时的有效性,从而为定量研究饱和-非饱和渗流以及变形问题提供了一条有效途径。     

流体饱和两相多孔介质动力反应计算分析

基于流体饱和两相多孔介质的弹性波动方程组,运用显式逐步积分格式与局部透射人工边界相结合的时域显式有限元方法对该波动方程组进行求解,对两相介质在输入地震波作用下的弹性动力反应进行计算和分析;对在是否考虑孔隙流体渗流的两种情况下计算得到的两相介质弹性动力反应结果的差异进行对比研究,从而揭示孔隙流体渗流对两相介质动力反应性质的影响。计算结果表明：两相介质弹性动力反应时程的波形与入射地震波的波形相同,且弹性动力反应的峰值出现的时刻对应于入射地震波的峰值出现的时刻;孔隙流体的渗流将对两相介质的弹性动力反应性质产生显著的影响。数值计算同时表明,时域显式有限元方法是进行流体饱和两相多孔介质弹性动力反应计算分析的一种有效的方法。     

多孔介质中非水相流体运移的数值模拟

针对多孔介质中水、气和非水相流体(NAPLs)的多相流动特点,建立了非水相流体(NAPLs)污染物迁移模型,分析了非水相流体在土壤非饱和区和地下水系统中的运移规律。通过有限元数值解对轻非水相流体和重非水相流体在土壤系统中的迁移过程进行模拟,得到了污染物的时空分布特征和污染范围。计算结果表明,数值模拟方法能够合理地描述非水相流体的运移过程和污染特征。土体渗透性和污染物残余饱和度是其重要影响因素。     

多孔介质中水气交替注入微观渗流模拟

针对水气交替注入(water-alternating-gas,WAG)过程中,油气水三相渗流的微观机理认识不足和油气水三相流体在多孔介质中分布规律认识不准确等问题,基于三维孔隙网络模型,应用孔隙级模拟方法,从微观角度模拟了不同润湿性多孔介质中的WAG驱替过程.结果表明:连通性较好的多孔介质中,原油主要在前两轮的WAG循环中被驱替出来;在前两轮WAG驱替之后,流体饱和度和分布规律达到比较稳定的状态,但在完全水湿模型中油相仍然在多孔介质中流动.得出的WAG驱替过程中各相流体饱和度的变化规律、各相流体分布规律和驱替类型,较好地阐述和解释了多孔介质中的微观驱替机理.     

大别山中生代岩浆岩矿物—水氧同位素交换的地球化学动力学

大别山中生代侵入岩氧同位素结果表明它们受到了岩浆期后亚固相水—岩相互作用的扰动。为了确定水—岩交换过程中的有关参数,本文利用交换反应动力学模型分别对大别山中生代主簿源、天柱山和团岭花岗岩以及沙村和椒子岩辉长岩矿物—水氧同位素交换反应动力学进行了定量计算,并估计了水—岩反应有效时限、流体流动速率和水/岩值。多维矿物相—水氧同位素交换反应动力学定量模拟结果表明,大别山主簿源、天柱山和团岭花岗岩岩浆期后亚固相水-岩反应的有效时限约为0.3~3 Ma,流体流动速率约为1×10-15~3×10-14mol/s,水/岩值为0.27~0.78;沙村和椒子岩辉长岩岩浆期后亚固相水-岩反应的有效时限约为0.02~0.4 Ma,流体流动速率约为1.6×10-14~4.8×10-13mol/s,水/岩值为0.11~0.33。     

深井旋转轴套流场的CFD模拟

旋转轴套在超深井工作时,其井下流动是三维湍流流动,旋转轴套的旋转和表面曲率效应以及随之而来的哥氏力和离心力,使流场在超深井的流动中极其复杂,同时,由于流体介质泥浆属于液固两相流,更致使内部流场测试困难,而且超深井中的工况在使用常规方法已很难得到较准确的数据。为此,将计算流体力学软件Fluent应用于超深井下流场的模拟,基于Navier-Stokes方程和Reynolds应力方程模型,建立多种仿真模型,在相同条件下,使用CFD仿真软件Fluent模拟仿真的不同结果,优化与旋转轴套叶片设计相关的几何参数,提高     

渗流的PFC-CFD耦合细观数值模拟

本文针对饱和多孔介质中渗流特点,在分析渗流连续介质力学模型的基础上,采用描述多孔介质中固相颗粒和液相流体耦合的细观力学模型,其中固相颗粒采用离散元的颗粒流理论(PFC)模拟,液相流体通过求解平均Navier-Stokes方程的计算流体动力学(CFD)技术计算,并利用建议的模型对二维渗流问题进行了模拟验证。数值模拟结果表明,采用PFC-CFD耦合细观力学模型能够描述从低雷诺流到高雷诺流范围很大的流体运动,可以用于多孔介质中的渗流问题分析。     

断裂多孔岩石中的复杂反应流体动力学

:断裂多孔介质中的流体流动和组分输运过程对于理解金属成矿过程、油气运移、污染物质的输运和分布十分重要 ,近 2 0年来得到了广泛的研究。文中综述了这一领域的进展 ,涉及断裂多孔介质中的流体流动和组分输运的连续介质模型、多孔介质和断裂多孔介质的渗透率关系 ,特别是重点介绍了渗滤理论及其在断裂多孔介质中的流体流动和组分输运中的应用     

流体包裹体相平衡

与流体包裹体有关的流体系统可分为非盐水体系和盐水体系两大类。研究和熟悉这些流体体系的相平衡数据对于充分开发流体包裹体中所储存的各种有用信息具有重要意义。流体包裹体研究中一般假定流体包裹体形成之后保持为一恒容、恒组成体系,其所含流体的摩尔体积和组成都能从与单交平衡有关的相变温度加以确定。根据低共熔温度(或初熔温度)可以推断包裹体的总组成。由体系冷却时所形成的固相的最终熔化温度可以求得流体的浓度。还可以根据低共熔点和最后一个固相消失温度间的固相熔化情况估测溶液中各种盐类的相互比例。包裹体的均一温度可以用来测定所含流体的密度。如果流体是在高于均一温度的条件下被捕获,那么沿着相应流体成分和密度的等容线外推,只要压力和温度中一个参数已知,就可以求出捕获温度或捕获压力。每一个流体包裹体都是一个纪录在案的地质温压计,本文介绍和讨论了各种有效的流体包裹体地质压力计,它们所提供的压力数据不仅能够提供有关地质作用发生的深度,还能提供有关错断和剥蚀作用的强度等重要信息。流体包裹体压力计对于研究成矿作用也有重要意义,例如压力降引起的沸腾作用可以导致成矿物质沉淀,根据压力差还可以获得有关成矿流体流动方向的信息。     

地球化学作用下饱和-非饱和介质水力-传质-传热耦合模型

地球化学作用是影响岩土类多孔介质中流体流动、传质、传热的重要因素之一。基于Fredlund所提出的非饱和土四相理论,将地球化学作用所产生的溶解/沉淀视为一个独立相,在一定的假设基础上,利用溶质浓度对介质孔隙度、含水率进行修正,从而建立起传质过程与介质水力性质之间的关系,改进了传统模型中传质过程与流体密度、黏度之间单一的耦合关系;并以此为基础建立了考虑地球化学作用下饱和-非饱和介质中多组分、多相流体渗流场-浓度场-温度场耦合的数学模型。通过在实验室内对反应性煤矸石进行渗透实验的结果对笔者所建模型进行了验证,结果表明：综合考虑溶解作用时所测点处渗流速度与未考虑耦合作用的结果相比增大0.58倍;单独考虑溶解/沉淀相时,所测点处渗流速度与未考虑密度耦合作用时的结果相比增大0.44倍。水流的实际渗透速度与在使用考虑溶解/沉淀相计算模型时的结果吻合较好。     

调峰地下含水层储气库库址优选定量决策方法

含水层地下储气库和枯竭油气藏地下储气库是国外地下储气库的重要类型, 我国油气藏主要富集在陆相地层中, 油气藏的规模比较小, 利用枯竭油气藏建造地下储气库的潜力受到一定的限制, 而在古生界海相沉积地层中寻找含水层圈闭进行天然气储气库建设, 有望建立起规模巨大的含水层地下天然气储气库, 与国外经验不同的是, 在我国含水层中建设地下储气库与枯竭油气藏地下天然气储气库相比, 成为更为有利的选项.针对调峰地下含水层储气库库址优选问题, 引入气藏工程方法, 在考虑天然气消费调峰需求、含水地层渗透性、埋深、圈闭规模、钻井费用和压缩机费用等因素的基础上, 建立单井注/采气量、注/采气井数的压气机功率的联立方程, 求解单个含水层圈闭建库的最优投资额, 进而根据不同含水层圈闭建库的折算费用差额和投资回收期, 优选最有利的含水层圈闭作为进一步评价的对象, 使含水层储气库库址的优选建立在定量评价和决策的基础上, 为我国大规模开展含水层储气库建设提供技术支持.      

天然气水合物藏品质评价的多级模糊综合评判

天然气水合物作为一种储量巨大的后备能源,近年来已受到广泛关注。建立与天然气水合物藏开发相适应的品质评价模型是其商业开采的前提。针对天然气水合物藏的特点,在文献调研和数值模拟研究的基础上,运用多级模糊综合评判法,对影响天然气水合物藏品质的主要因素进行层次划分和权重统计,建立天然气水合物藏品质评价的多级模糊综合评判模型。最后应用该模型,对4个模拟天然气水合物藏的品质进行了分析,证实了该评价模型的适用性。     

Control of gas emissions in underground coal mines

A high level of knowledge is now available in the extremely relevant field of underground gas emissions from coal mines. However, there are still tasks seeking improved solutions, such as prediction of gas emissions, choice of the most suitable panel design, extension of predrainage systems, further optimization of postdrainage systems, options for the control of gas emissions during retreat mining operations, and prevention of gas outbursts. Research results on these most important topics are presented and critically evaluated. Methods to predict gas emissions for disturbed and undisturbed longwall faces are presented. Prediction of the worked seam gas emission and the gas emission from headings are also mentioned but not examined in detail. The ventilation requirements are derived from the prediction results and in combination with gas drainage the best distribution of available air currents is planned. The drainage of the gas from the worked coal seam, also referred to as predrainage, can be performed without application of suction only by over or underworking the seam. But in cases where this simple method is not applicable or not effective enough, inseam-boreholes are needed to which suction is applied for a relatively long time. The reason for this is the low permeability of deep coal seams in Europe. The main influences on the efficiency of the different degasing methods are explained. Conventional gas drainage employing cross measure boreholes is still capable of improvement, in terms of drilling and equipment as well as the geometrical borehole parameters and the operation of the overall system. Improved control of gas emissions at the return end of retreating faces can be achieved by installation of gas drainage systems based on drainage roadways or with long and large diameter boreholes. The back-return method can be operated safely only with great difficulty, if at all. Another method is lean-gas drainage from the goaf. The gas outburst situation in Germany is characterized by events predominantly in the form of ‘nonclassical' outbursts categorized as ‘sudden liberation of significant quantities of gas'. Recent research results in this field led to a classification of these phenomena into five categories, for which suitable early detection and prevention measures are mentioned.     

青海木里三露天冻土天然气水合物成藏模式研究

摘要：祁连山地区天然气水合物分布较为复杂,急需对该区天然气水合物成藏控制因素与成藏模式进行深入研究。本次重点对青海木里三露天天然气水合物系 列钻井揭示的地质资料及各种样品分析测试结果进行综合分析,结果显示：该区天然气水合物气源以油型热解成因气为主,少部分在浅部混有部分微生物成因气及煤成气,这些油型热解成因 气源主要由下部或更深部上三叠统或二叠系提供;当气源岩生成烃类气体后运移至浅部直接或间接由断裂连同泥岩、油页岩等封堵形成浅部气体聚集;浅部气体聚集体局部加入微生物成因气 或煤成气,经过不晚于中更新世早期形成的岛状永久冻土作用,在天然气水合物稳定带内与水结合形成天然气水合物,当它们处在天然气水合物稳定带之外便在更浅部以异常高压气层或游离( 吸附)气存在。由于气源类型与供应条件、运移与聚集条件、天然气水合物稳定带范围的不同,它们之间的匹配关系在不同位置具有很大的差异性,从而影响该区天然气水合物在横向平面上和 纵向剖面上分布与产出的不均性。     

溶气原油体积系数、密度的预测模型

从理论上探讨了天然气在原油中的溶解过程。溶气原油的体积变化主要与两个因素有关：(1)由于温度升高引起的体积膨胀,这种变化可用温度系数f(t)来描述;(2)由于气体溶解在原油中导致体积膨胀,这部分体积的变化可用天然气中各组分的液态表观摩尔体积(Vgmi)及各组分在原油中的摩尔溶解度(Ci)或气油比(RSi)来描述。利用理想溶液的体积加和原理,推导出了计算饱和原油的体积系数(B)和密度(dp)的理论方程。研究表明,将饱和原油的体积系数和密度表示为温度和各组分溶解度的函数比其他模型只用一个气体相对密度和一个总溶解气油比Rs更为合理。新模型适用于常规天然气和高含非烃气的非常规天然气。     

天然气水合物的地热研究进展

天然气水合物的地热研究在以下几个方面都取得了重要进展，热流与似海底反射层的关系，水合物稳定带的研究；水合物热物理参数的确定；水合物形成过程中的热状态；热导率的应用，指出了今后水合物的地热学研究方向。     

青海木里三露天井田天然气水合物调查研究新进展

自2008年首次发现天然气水合物以来,青海木里三露天井田的天然气水合物调查研究成为一个热点。近两年来,神华青海能源有限责任公司投资项目在三露天井田内开展天然气水合物调查评价工作,是该区最新的天然气水合物调查研究工作部署安排,目前取得了系列重要新进展。新进展主要表现为：(1)天然气水合物赋存特征研究取得了新认识;(2)对天然气水合物形成与分布的主要地质控制因素取得了新认识;(3)总结了天然气水合物成藏模式;(4)探索了地质、地球物理、地球化学、钻探等冻土区天然气水合物勘查方法,建立了钻探气测录井预判、地质标志识别、测井判识、室内鉴定等冻土区天然气水合物判定技术手段;(5)对天然气水合物资源量进行了估算并对其经济可采性进行了初步评价。综合认为,三露天天然气水合物资源目前不具备经济开采价值。     

Source-Contacting Gas： Accumulation Mechanism and Distribution in China

Source-contacting gas, which is also called basin-center gas, deep basin gas, is the tightsand gas accumulation contacting closely to its source rocks. Having different accumulation mechanisms from conventional gas reservoirs that are formed by replacement way, the typical source-contacting gas reservoirs are formed by piston-typed migration forward way. Source-contacting gas accumulations exhibit a series of distinctly mechanic characteristics. According to the valid combination of these characteristics, the estimation for the type of discovered gas reservoirs or distributions of source-contacting gas reservoirs can be forecasted. The source-contacting gas is special for having no edge water or bottom water for gas and complicated gas-water relationships, which emphasizes the intimate association of reservoir rocks with source rocks, which is called the root of the gas reservoir. There are many basins having the mechanic conditions for source-contacting gas accumulations in China, which can be divided into three regions. Most of the basins with favorable accumulation conditions are located mainly in the central and western China. According to the present data, basins having source-contacting gas accumulations in China can be divided into three types, accumulation conditions and configuration relationships are the best in type A basins and they are the larger basins in central China. Type B basins with plain accumulation conditions exist primarily in eastern China and also the basins in western China. Accumulation conditions and exploration futures are worse in type C basins, which refer mainly to the small basins in southern China and China Sea basins. Main source-contacting gas basins in China are thoroughly discussed in this paper and the distribution patterns of source-contacting gas in five huge basins are discussed and forecasted.     

分形理论在油气井测试中的应用--分形麦金利图版的制作和使用

分形几何理论的产生和发展为刻画非欧几里得几何系统(即分维系统)的性质提供了有效手段，使用这一工具对油气渗流规律进行重新认识，对传统描述油气运动的数学模型加以改进，并应用于试井分析中．根据传统模型图版制作原理，作出分形麦金利图版，可以看出：与传统模型拟和很差的实际数据，与分形麦金利图版的匹配效果却很好．说明油气藏更接近分维系统，所求得的各种参数更接近地下真实复杂情况，这对于油气田开发工作有重要的指导意义．     

Volcanic flame: source of fuel and relation to volcanic gas-lava equilibrium

Flame formation at or near volcanic vents is a somewhat unusual phenomenon, but during October 1970 true flames were observed to issue at intervals from a series of vents in a lava tube or from spatter cones associated with the new eruptive center (Mauna Ulu) on the southeast rift of Kilauea volcano, Hawaii. This situation was similar to that under which successful volcanic gas collections have been made in the past in Hawaii and elsewhere. After several attempts two gas samples were collected successfully between flaming episodes. Analysis showed these to be chiefly water vapor with a small amount of hydrogen and carbon dioxide. The probable source of the hydrogen in the gas is explained on the basis of the high-temperature equilibria involved. The flame-forming properties of dilute mixtures of hydrogen and non-combustible gas were studied and the most dilutemixtures that would produce flames under volcanic conditions were measured (flammability limit). Intermittent flaming can be ascribed to the periodic attainment of the flammability limit for hydrogen in the volcanic gas mixture, which was found to be achieved in one of the collected samples.