非混溶饱和两相渗流与孔隙介质耦合作用的理论研究——数学模型

基于连续介质力学的一般理论,在黑油多相渗流理论模型的基础上,推导了非混溶饱和两相渗流与变形孔隙介质耦合作用的数学模型方程,并对流固耦合效应进行了初步的讨论     

非混溶饱和两相渗流与孔隙介质耦合作用的理论研究Ⅰ--数学模型

基于连续介质力学的一般理论,在黑油多相渗流理论模型的基础上,推导了非混溶饱和两相渗流与变形孔隙介质耦合作用的数学模型方法,并对流固耦合效应进行了初步的讨论。     

非混溶饱和两相渗流与孔隙介质耦合作用的理论研究Ⅱ--方程解耦与有限元公式

通过对上文(Ⅰ)所推证数学模型方程的进一步处理与简化,得到解耦的流场系统压力方程.以Galerkin弱积分解的形式,给出模型方程数值分析的有限元公式,并进行了初步验证.     

非混溶饱和两相渗流与孔隙介质耦合作用的理论研究——方程解耦与有限元公式

通过对上文（ Ｉ）所推证数学模型方程的进一步处理与简化,得到解耦的流场系统压力方程。以 Ｇａｌｅｒｋｉｎ 弱积分解的形式,给出模型方程数值分析的有限元公式,并进行了初步验证     

饱和两相介质动力基础半空间理论地表波场基本解

本文以饱和两相介质复模的Ｂｉｏｔ波动方程为基础,根据弹性动力学半空间理论,严格推导出了饱和两个介质动力基础半空间理论地表面波场基本解。     

关于两相饱和介质中流相Green函数的解析解

自然界中许多动力学问题需要用两相饱和介质Green函数求得解答,本文在两相饱和介质位移场Green函数解答的基础上,求得的有关饱和流体孔隙压力,进、排流体流量等三个Green函数.从而使两相饱和介质涉及流体问题的Lamb方程能完整地使用.论文在推导过程中详细地阐述了流体三个Green函数的物理意义,并将所得结果与Chen（1994）的纯数学的结果作了对比.最后文章讨论了解析解的稳定性.     

油水两相渗流多孔介质弹性波传播动力学模型研究

弹性波在储层渗流场中的传播与衰减规律是研究波场强化采油动力学机理的重要基础.基于等效流体理论和饱和静态流体弹性波传播Biot理论,建立油水两非混相流体渗流条件下储层多孔介质中弹性波传播的动力学模型,通过算例求解与分析,发现含油水两相渗流储层多孔介质中同时存在着3种纵波P1、P2、P3和1种横波S;受频率和含水饱和度的影响,各波波速和品质因子呈现出不同变化规律,4种体波波速与频率、饱和度正相关,P1、P2波品质因子与饱和度正相关,P3和S波品质因子与饱和度负相关;最后,通过与传统静态弹性波模型结果对比,进一步分析了宏观渗流场对弹性波传播特征的影响规律,为揭示低频人工地震波辅助强化采油技术的动力学机理和工艺参数优化提供了重要理论依据.

     

水与流体饱和孔隙介质界面上非镜面反射声场的实验研究

用光学法和发射-接收法研究了水与流体饱和孔隙介质界面上声波的非镜面反射声场．测量了入射角θi为16°－80°范围内的反射系数R,记录了θi在Rayleigh波临界角θc附近±4°范围内两束反射波的反射角、波束位移△、波形和频谱．实验发现：(1)在θc附近±4°范围内,观察到θi两束反射波A和B,其中波束B沿界面有波束位移△,实验测出△随θi增大而减小,并非在θi=θc时最大．(2)反射角等于θi的波束的频谱很接近于入射波的频谱,反射角等于θc的波束的频谱相对于入射波有频谱的负偏移．(3)波束A的相位与发射换能器直达波的相位一致,波束B的相位与波束A相反     

横观各向同性饱和两相介质动力反应计算分析

针对横观各向同性饱和两相介质的弹性波动方程组,应用基于显式逐步积分计算格式的时域显式有限元方法对其在输入地震波作用下的动力反应进行计算和分析,并将计算结果与完全各向同性饱和两相介质的计算结果进行对比研究。结果显示横观各向同性饱和两相介质与完全各向同性饱和两相介质的动力反应具有较为显著的差异。同时表明时域显式有限元方法是进行横观各向同性饱和两相介质动力反应计算分析的一种有效方法。     

含两种不相混流体的饱和孔隙介质的波场模拟

文中对含两种不相混流体的饱和孔隙介质模型进行了波场模拟,该模型基于封闭型系统假设,考虑了流相与固相的相对运动和孔隙率、饱和度(毛细管压力)的松弛机制,可以较好的模拟波场的数值衰减。与目前常用的等效流体方法和基于开敞系统假设的非饱和孔隙介质模型相比,更符合勘探阶段的实际情况。前人对该介质模型平面波的速度和衰减做了一定的研究,但对整个波场的计算研究还未见报道。本文推导了该模型包含毛细管压力和孔隙度松弛机制的波动方程,并利用有限元的方法进行了波场模拟,并对波场特征进行了分析。数值模拟结果表明,在地震频段,非湿相位移波场中慢波p3较为清晰;毛细管压力(饱和度)和孔隙度的松弛效应对非湿相流体位移有较大影响,随松弛系数的增大,位移减小。     

水与流体饱和孔隙介质界面上非镜面反射声场的实验研究

用光学法和发射-接收法研究了水与流体饱和孔隙介质界面上声波的非镜面反射声场．测量了入射角θ_i为16°－80°范围内的反射系数R，记录了θ_i在Rayleigh波临界角θ_c附近±4°范围内两束反射波的反射角、波束位移△、波形和频谱．实验发现：(1)在θ_c附近±4°范围内，观察到θ_i两束反射波A和B，其中波束B沿界面有波束位移△，实验测出△随θ_i增大而减小，并非在θ_i=θ_c时最大．(2)反射角等于θ_i的波束的频谱很接近于入射波的频谱，反射角等于θ_c的波束的频谱相对于入射波有频谱的负偏移．(3)波束A的相位与发射换能器直达波的相位一致，波束B的相位与波束A相反     

含两项不混合/单项黏性流体孔隙介质分界面上反透射系数特征研究

弹性孔隙介质分界面上的反透射系数特征,在岩性划分、流体识别、储层边界判识等方面有重要的应用.本文研究上层为含两项不混合黏性流体孔隙介质、下层为含单项黏性流体孔隙介质分界面上的反透射理论.首先根据两种孔隙介质分界面上的能量守恒得到边界条件,再将波函数、位移、应力与应变关系代入边界条件,推导出完全连通孔隙情况下,第一类纵波入射到孔隙介质分界面上的反透射系数方程.通过建立砂岩孔隙介质模型,分别分析不同孔隙流体类型、不同含油饱和度及不同入射角情况下,各类波的反透射系数特征.研究表明,第二、三类纵波反透射系数数值比第一类纵波小多个数量级,且两者对入射角的变化不敏感,但对孔隙流体性质、含油饱和度的变化较敏感,而横波反透射系数特征恰好与此相反;第一类纵波反透射系数特征比较复杂,入射角、孔隙流体的性质及含油饱和度的变化都对其产生影响.不同孔隙流体弹性物性的差异、孔隙介质中含油饱和度的变化及不同入射角引起垂向和切向应力分量的变化都会影响各类波的反透射系数特征,分析这些特征可以为研究储层含油气性提供理论基础.

     

基于流固耦合两相介质动力模型的饱和土体—地下结构体系地震反应研究

基于ABAQUS有限元软件平台,应用流固耦合两相介质动力模型孔压单元模拟场地饱和土体,进行了饱和土体-地下结构地震反应的计算研究。结果表明：在地震输入的最后时刻结构的两侧底角区域应力值最大;土体的孔隙压力和竖向位移主要集中在结构下方的区域,结构两侧土体的孔压与竖向位移呈对称分布;场地土体的竖向位移随深度的增加逐渐减小;体系最大地震反应出现的时刻对应于输入地震动的最大加速度出现的时刻。表明了流固耦合两相介质动力模型孔压单元在饱和土体-地下结构体系地震反应研究中的有效性。     

两相介质近场波动模拟的一种解耦有限元方法

本文将求解近场波动问题的一种解耦技术推广到两相介质,得到了一种求解两相介质近场波动问题的直接解耦方法,包括集中质量有限元模型、时域显式积分格式和局部人工边界条件. 首先应用加权残数法,并依据波动模拟的精度要求,得到了两相介质集中质量有限元模型. 然后,结合两相介质中波动的衰减特性,实现了透射边界在两相介质近场波动中的运用. 最后,通过数值实验,并与解析解对比,验证了本文方法的有效性.     

两相介质波动问题显式有限元方法稳定性研究

基于动力反应递推计算格式传递矩阵的性质,进行了饱和两相介质波动问题时域显式有限元方法稳定性问题的研究。定义了综合考虑各种影响因素的稳定性判别指标——传递因子;研究了稳定性影响因素,包括时间步长、空间步距和渗透系数取值的作用规律;给出了方法稳定性的实用判别准则。研究结果表明:时间步长、空间步距和渗透系数取值都对饱和两相介质波动问题的时域显式有限元方法的稳定性有较为显著的影响。随着时间步长的增大,方法的稳定性降低;随着空间步距的增大,方法的稳定性增加;当渗透系数取值增大时,方法的稳定性增加。     

流体饱和周期性层状孔隙介质模型平行层面传播的纵波频散和衰减研究

孔隙介质中的地震波传播一直是油气地震勘探领域的研究热点和难点问题.该科学难题源自不同尺度的裂隙、孔隙、溶洞与岩石骨架之间的耦合作用,导致地震波场特征复杂.目前相关的研究主要集中于探索孔隙介质中地震波的传播机制及地震响应的特征与变化规律,包括对地震波在复杂孔隙介质中传播,进行比较精确的数学物理描述以及数值实现.地球物理学家们集中于研究垂直于地层层面方向入射的地震波频散和衰减,而忽略了实际地球介质中的地震波是以任意角度(方向)入射并进行传播的普遍性情况.在前人的研究基础上,本文的创新之处在于将纵波的入射方向扩展到平行于流体饱和的周期性层状孔隙介质模型层面方向.针对流体饱和的周期性层状孔隙介质模型,提出了介观波致流(Wave-induced Fluid Flow, WIFF)对流体饱和孔隙层状介质中平行于层面方向入射的纵波频散、衰减及频变各向异性的新模型.利用准静态Biot孔弹性方程推导出了模型的孔隙压力、流体流动速度、平均应力和平均应变等物理量的解析表达式,进而得到流体饱和的周期性层状孔隙介质复纵波模量的精确解析解．然后,利用复纵波模量讨论了纵波速度频散、衰减和频变各向异性特征,讨论了背景...