天然气水合物注热分解渗流特征及数值模拟

天然气水合物的分解及渗流特征是天然气水合物注热开采机制研究的基础问题。考虑水合物分解效应和储层应力条件的影响,进行天然气水合物储层性质的数学描述,建立天然气水合物注热开采的储层数值模型,分析天然气水合物注热分解渗流特征;比较注热生产过程中注热温度和注热速度对天然气水合物藏温度场及渗流场的影响,结合分解前缘移动特征及分解区面积占比变化规律,对水合物的分解渗流特征进行定性评价和定量描述。结果表明：随注热温度的升高,分解前缘的移动速度加快,分解区面积占比增加,但增加幅度减小;随注热速度的增加,分解前缘移动更快,分解区面积占比增加,增加幅度也增大,注热速度比注热温度对水合物分解的影响更大。该结果为研究天然气水合物注热开采机理、分解及渗流特性提供参考。     

涿鹿盆地三维多裂隙地质模型地温场数值模拟

地温场预测是地热资源储量评价的重要前提,深部裂隙岩体渗流-传热耦合温度场研究正受到越来越多的关注。涿鹿盆地是新生代地堑式断陷盆地,地表温泉出露点多,地热资源丰富。依据实际地质调查结果和3条地球物理勘探测线解译的地质构造剖面,建立了矿场尺度的涿鹿盆地三维不平行多裂隙地质模型和地热成因模型,赋值调整参数,得到考虑地下水流动情况下多裂隙岩体渗流-传热数学模型,模型的合理性得到验证后,模拟计算了盆地内部温度场,指出盆地地热异常区集中在盆地中心蓟县系（70℃左右）和盆地北东长城系部位（90~98℃）,最后研究分析了水力梯度的变化对盆地内部温度场的影响规律。研究结果为涿鹿盆地或同类型地区地热资源勘探、评价和开发利用提供一定的依据。      

EFDT地层测试泵抽取样过程数值模拟分析

为提高电缆地层测试工具EFDT泵抽取样的效率,对钻井液滤液和原始地层流体分别建立质量守恒方程,采用有限体积法进行空间离散,应用全隐式格式和Newton-Raphson迭代法求解方程,建立泵抽取样过程数学模型,编制地层流体泵抽取样数值模拟程序。对不同类型探针(标准探针、大极板式探针和三维径向探针)的泵抽取样过程进行数值模拟分析。结果表明：三维径向探针可以显著增加过流面积,极大缩短抽取合格样品时间,在低渗和中高渗地层中能保持较高的作业效率,适合复杂地层采样作业。在泵抽取样过程中,标准探针和大极板式探针钻井液滤液和原始地层流体的流动呈“锥”状的两相驱替流态,原始地层流体突破较早,清理钻井液滤液、达到取样标准的时间较长。该结果为电缆地层测试地层流体泵抽取样过程中探针的选取和泵抽时间的估计提供参考。     

GMS在白泉湿地公园地下水数值模拟中的应用

为探究白泉湿地公园建设过程中白泉湖开挖对白泉的影响,在系统分析白泉泉域水文地质条件的基础上,采用地下水数值模拟专业软件GMS建立2012—2014年白泉泉域地下水流数值模型。在此基础上,利用10年平均和10年典型2种降雨情景对公园建成前、后白泉水位和流量进行预测。通过对比分析,结果表明公园建成后未来10年白泉可以保持持续喷涌,不会有断流情况的发生。在保证白泉湖景观用水的前提下,每天至少有100 m^3的泉水通过河道排泄到小清河。白泉湿地公园建成后,随着附近地下水的进一步减采,白泉的流量将逐渐增大,白泉湖的景观水位更加有保障。     

数值模拟在济宁铁矿矿坑涌水量预测中的应用

山东省济宁铁矿埋藏在济宁群变质岩中,铁矿石资源量约18.34亿t,因埋深在1 000m以下,开采条件较差,为查明水文地质条件,施工了1 500m深的水文地质勘探孔,在此基础上进行了抽水试验,取得了水文地质参数。通过数值模拟预测了-1 200 m,-1 300 m,-1 400 m,-1 500 m开采水平的正常矿坑涌水量分别为998.56 m~3/d,1 079.27m~3/d,1 159.98m~3/d,1 240.68m~3/d,为开采可行性研究提供了水文地质数据。     

数值模拟在沂水铁矿区地下水环境影响评价中的应用

地下水数值模拟在矿区地下水环境评价中应用较少,通过对山东沂水铁矿矿区进行水文地质详细勘察,建立了尾矿库及矿区地下水水流及水质数学模型,预测和评价了该矿建设实施过程中对地下水环境可能造成的直接影响和间接危害。结论为矿山建设阶段和运行阶段正常情况下,尾矿区水位水质变化对地下水环境没有明显的影响,非正常情况或者事故状态下,预测污染因子在泄漏点附近一定范围出现超标现象;采矿区矿井排水对当地浅层地下水位影响较大。针对这种影响和危害提出防治措施,为沂水铁矿建设项目选址决策、工程设计和环境管理提供科学依据。     

荷载作用下地表和岩层移动变形规律的数值模拟

运用东北大学岩石破裂中心研制的RFPA2D软件,以山西省霍州市辛置煤矿2204工作面为试验研究基地,当不同采深和上覆松散层厚度一定时,模拟在采空区上方地表三个不同位置施加大小不同的荷载时,覆岩和地表的变化过程,系统地分析了荷载大小、荷载作用位置及不同采深对老采空区地表和岩体移动变形影响.     

含水层储气库注入阶段盖层力学完整性数值模拟分析

储气库盖层在天然气注入过程中可能发生破坏或变形.为确保注入的天然气安全储存于地下含水层储气库,以拟建含水层储气库为依托工程,建立含水层储气库地层结构模型,研究天然气注入含水层产生的超压和应力等变化及其对储气库盖层力学完整性的影响;考虑盖层参数、天然气注入速率和地应力因数等因素,对盖层最大位移及剪切、拉伸破坏的影响进行敏...     

3D GIS下地下水流有限元数值模拟方法与应用

目前缺乏针对较强空间特性水文地质计算参数的高效采集方法与管理机制,而且现有孔隙地下水流有限元数值模拟在三维可视化与空间分析等方面仍存在很多不足。因此,本文以有限元数值计算方法和三维地理信息平台为基础,结合GIS空间分析算法和计算机图形学理论,针对孔隙承压地下水有限元分析过程的关键步骤（概念模型构建、空间离散、水文地质参数提取与赋值等）,提出了孔隙地下水有限元数值模拟过程在3D GIS下的实现方法和技术框架。基于水文地质钻孔数据和GTP（Generalized Tri-Prism）空间数据模型,以盐城市滨海平原水文地质区为研究区域,实现了地下水系统空间结构特征的三维表达,同时与地下水流有限元数值模型相耦合,提出了3D GIS模型与地下水非稳定流有限元数值模型耦合的核心处理算法,并在此基础上开发了3D GIS地下水流数值模拟系统。应用实例表明,该技术框架可有效简化有限元分析流程、优化模型计算效率、实现地下水有限元数值模拟过程及计算结果的三维可视化。     

热-力耦合作用下能源群桩工作特性的数值模拟

为研究能源群桩工作特性,基于Abaqus有限元模拟,将换热稳定阶段的平均温度赋予桩体进行稳态热-力耦合计算,提出了能源群桩承载特性的简化分析方法,并通过与现场数据的对比分析,验证了该研究方法的可行性。结合算例,进一步利用该方法对纯力学荷载和热-力耦合作用下的能源群桩的承载特性进行了分析。结果表明:①群桩基础中能源桩分散对称分布的不均匀沉降要明显小于集中分布,而且分布形式对桩基结构响应特征影响较大;②桩基等刚度下,增大桩径和减小桩间距,群桩倾斜控制效果较好。研究成果可以为能源群桩的工程应用提供一定的参考。      

黄河三角洲海岸冲淤及泥沙输运模型数值模拟分析

黄河三角洲是陆海交界地带,陆地海洋相互作用显著,泥沙所引起的岸滩演变、港口航道的淤积、水动力环境的改变等问题比较复杂。该文采用三维HEM-3D数值模型对黄河三角洲海域流场变化、盐度、悬浮泥沙浓度及海岸冲淤分布进行了潮流周期内的数值模拟分析。结果表明,黄河三角洲海域的悬浮泥沙浓度分布与潮流场变化和河口泥沙输入有密切的关系,在三角洲北部受五号桩外强潮流区的影响,近岸海底的泥沙发生明显的再悬浮,并在涨潮流向南输送,含沙量达1.5 g/L左右。在三角洲南部(现行河口区域和莱州湾区域),受现行河口入海泥沙扩散的影响显著。海域年冲淤分布,在北部废弃三角洲区域,由于海洋动力作用强烈,浅水冲刷,海底侵蚀显著,形成了明显呈沿岸展布的侵蚀中心,在侵蚀中心以外,侵蚀快速减弱。在现行河口区域,以淤积为主,在羽状流扩散的控制下,泥沙入海后向南输运,至莱州湾区域逐渐减弱。数值模拟的结果与卫星遥感解译的岸线变化基本一致,效果良好。     

川中紫色丘陵区径流泥沙SWAT模型的模拟应用分析

针对川中丘陵区紫色土坡耕地严重水土流失,选取典型代表李子溪流域为研究区,构建了其SWAT的模型数据库,包括地形、土壤、气象和土地利用数据库。并利用赵家祠水文站1970-1979年的实测径流和泥沙资料,对该流域的SWAT模型参数进行率定再采用1980-1986年的实测资料,对模型的适用性进行验证,同时用相对误差Re和Nash确定性系数Ens评价模拟效果。结果显示,径流和泥沙模拟相对误差均在±15%范围以内,Nash确定性系数均大于等于0.70,说明SWAT模型对李子溪流域年、月径流和年泥沙量的模拟精度较高。同时模拟值与实测值和降雨量的变化趋于一致。可见,用SWAT模型模拟和预测雨量较为丰沛、土壤侵蚀较严重的紫色丘陵地区的产流产沙是实用、可行的。     

北京一次强对流天气过程的数值模拟

为了对发生于2008年07月04日北京的一次强对流天气有更多的认识,利用三维对流云模式对其进行数值模拟研究。结果表明：模式可以较好地模拟出强对流天气各主要宏观发展阶段的特征,以及云中水成物粒子转化的微观特征;模式能够很好地模拟出此次强对流天气过程的风场特征,对流系统中存在有利的环境条件,风暴是由气流的辐合上升引起的。在发展初期,对流云低层为辐合上升气流,在对流云发展的成熟阶段,近地面层以辐散气流为主,中上层以辐合气流为主,且辐合达到最大,之后随着云体的消散,低层辐散下沉气流加强。气流在顶端转变方向,形成辐散出流。     

青海大场矿区永冻层低温钻井液试验研究

针对大场矿区永冻层钻进过程中出现的冻钻、塌孔和钻井液絮凝等特点,结合矿场钻探地质资料,在粗分散抑制性抗低温钻井液体系基础上,利用正交实验法优选出了适宜大场矿区永冻层钻进的配方。配方:1 000 mL水+2% Na₂CO₃(钠基膨润土的2%)+4% 钠基膨润土+10% NaCl+2% KCl+5% 乙二醇+0.15% Na CMC(高黏)+0.3% LV PAC(低黏)。实验表明该配方在-10℃条件下仍能保持良好的性能,未出现冻结、絮凝等现象;同时,运用DPS软件分析了该钻井液的流体类型,结果表明该钻井液为幂律流体,在低温下该钻井液的非牛顿性增强,流动性能较好。      

边界层理论中非稳态流体方程的数值解

非稳态流体方程是边界层流问题中的一个典型方程,是一个定义在半无限区间上的一维三阶非线性方程,采用有限差分法求解它的数值解.方法是通过将半无限区间上的三阶非线性微分方程转化成有限区间上的二阶微分形式,并构造出相应的有限差分方程来求得数值解.结果表明该方法是有效的.     

同水平完全疏干法在张马屯铁矿脉管式径流中的应用效果

张马屯铁矿为一夕卡岩型磁铁矿床,水文地质条件极其复杂,单一的防治水方法难以达到采矿生产的要求。在长期探索矿山防治水的基础上,采用同水平疏干法对张马屯铁矿地下水脉管式径流进行试验,取得了完全疏干的效果,为深井大水矿山探索出一条综合治理的途径。     

基于黏性流理论对平板受波浪冲击的两相流数值研究

【目的】研究波浪作用下位于水面上方的刚性平板所受冲击力特征,讨论数值计算结果与实验结果的差异。【方法】基于黏性流理论,采用有限体积(VOF)方法建立两相流数值波浪水槽模型,对潜堤地形上波浪传播变形和淹没水平圆柱在波浪作用下受力问题进行数值验证,对平板受波浪冲击作用进行数值模拟,通过平板下表面测点上点压力数值结果特征分析以及与前人实验数据对比,讨论结果差别原因,分析结果特征形成机理。【结果】潜堤地形上波浪传播变形的数值结果和前人实验数据吻合较好;对于波浪作用下平板的受力,相比前人实验数据,冲击力数值结果更大,且呈现出更稳定的周期性特征,沿波浪传播方向平板上的冲击力先增大后减小。【结论】建立的数值模型对波浪与结构物相互作用问题的模拟有高的精确性和稳定性。     

基于正交试验法的天然气水合物地层钻井液配方设计

在天然气水合物勘探开发过程中,钻井液性能的变化会导致水合物的分解与再形成,从而影响正常的钻进。为了满足
水合物勘探所需的稳定钻井液,采用正交试验法,研究了含NaCl、聚合物等不同组分的水合物地层钻井液宏观流变性的变化。以
表观黏度、塑性黏度、动切力等为考核指标,通过改变各组分的含量对钻井液配方进行优选,确定了影响钻井液性能的主要因素,
用较少的试验次数获得了较全面的试验结果,从而获得适合含天然气水合物地层钻井用的钻井液。      

东营凹陷盐湖相天然气生成的热模拟试验

东营凹陷民丰地区沙四段是典型的盐湖相沉积,也是本区重要的烃源灶和天然气产层.为了研究不同盐类物质与烃源岩在高成熟阶段的相互作用,采用高压釜封闭体系模拟了东营凹陷盐湖相烃源岩的天然气生成过程.结果表明:碳酸盐、硫酸盐、氯化盐对烃源岩热解生成天然气有强催化作用,同烃源岩热解相比,550 ℃时气态烃产率分别增加了35%、77%和46%.在4组热模拟气的气态烃组成及热模拟气与民丰地区天然气的轻烃组分比较中发现,上述蒸发盐类不仅改变了气态烃产物中各单组分化合物的生成路径,影响了气态烃产物的组成,而且在盐类物质参与作用下,烃源岩热解的气态烃组成与民丰地区天然气更接近.     

格点同化对大气波导数值模拟的影响

利用NCEP再分析资料为背景场及常规的探空资料和地面资料,以2005年6月2日出现在黄海海域的大气波导为例,运用中尺度数值模式MM5,设计了2种初始场不同的数值模拟试验:1)NCEP资料;2)NCEP资料和常规探空资料。研究结果表明:格点同化能够改善大气波导的MM5数值模拟结果,提高MM5的大气波导参数模拟精度;在大气波导分布上,格点同化对陆地大气波导影响较大,对于海上的模拟区域分布几乎没有影响。