注水井温度场模型及其数值模拟研究

油田注水开发中后期,井温测井在常规注水工艺的条件下,难以准确地反映注水剖面的实际情况．为此,本文根据注水井井筒与地层的传热机理,针对注水井多层注入的实际情况,建立了井筒及其周围地层的温度场数学模型．用该模型模拟计算了大庆油田某注水井的井下温度场分布,计算结果与实测结果接近,说明模型是适用的．通过对不同注入条件和地质条件的数值模拟,得出注水温度同井眼温度差别越大或注水速度越快,井温曲线越易于识别注入剖面．同时,对如何改善注水工艺,以提高井温测井识别注入剖面的能力提出了合理化建议．     

煤矿井下槽波三维数值模拟及频散分析

采用交错网格高阶有限差分法编制了地震波场三维正演模拟软件,设计了基于镜像法原理处理煤矿井下近水平和起伏巷道特殊空间的算法;模拟了煤矿井下含巷道和不含巷道情况下煤层中传播的地震波场,并分析其频散特征.结果发现:由于巷道的影响,巷道壁上产生很强的巷道振型槽波,煤层中则出现了以Love型为主的槽波,据此分析了实际槽波记录的形成机理,研究结果对今后煤矿井下巷道地震超前探测和工作面弹性波透视等具有重要的理论意义和实际价值.     

受火钢筋混凝土柱三维温度场的数值模拟

受火构件内部温度场随时间和空间的变化规律对结构和构件的高温响应和抗火性能是至关重要的。应用通用有限元分析程序ABAQUS,对火灾下钢筋混凝土柱的二维温度场和三维温度场进行了有限元分析计算。所得计算结果与相关试验数据吻合,证明了通过通用有限元软件对钢筋混凝土结构进行三维温度场分析的可行性,也为混凝土结构在高温下以及高温后的三维响应分析提供了理论依据。     

爆破地震动效应的数值模拟分析

爆破设计中,场地条件复杂时经验公式的应用受到一定限制。本文采用波动有限元分析方法,研究复杂场地条件下工程爆破时场地的地震动效应,研究爆破地震动特征及衰减规律。根据某重点工程场地岩土参数的原位测试和试验结果,用自行研制的软件包进行场地爆破地震动效应的数值模拟分析,为工程爆破设计及施工前建筑物、仪器设备的加固提供了依据。施工试爆实测结果与本文数值模拟分析给出的结果一致,说明本文方法是可行的,对其它工程也有借鉴作用。     

大岩心电阻率测量响应的数值模拟

根据电极法岩心电阻率测量原理及准静态电场理论,用三维有限元法编制了大直径岩心电阻率测量数值模拟程序,并运用该程序计算考察了裂缝对大岩心电阻率的影响。得出大岩心的电阻率随着裂缝与电场方向夹角的增大而增大,随着裂缝宽度的增加而降低。该结果可供大岩心实验系统和大岩心实验的研发参考。     

弹性波传播数值模拟的区域分裂法

本文针对弹性波波场传播的数学模型,提出了一种基于有限元和有限差分耦合的区域分裂方法．它有灵活的网格剖分,克服了单纯用差分方法对区域的依赖性,可以适用于曲边地表;达到同样精度所需的计算量比有限元方法小;并易于实现并行计算．数值实验表明了算法的有效性．     

海啸传播模型与数值模拟研究进展

海啸在浅水大陆架的传播问题由于其非线性作用和浅水效应而变得十分复杂,然而目前成熟的海啸传播理论及数值模拟结果在这方面与实际并不一致.本文比较分析了可用来模拟大陆架海啸传播的浅水波模型和数值方法,并提出对我国东海陆架边缘可能发生的近海海啸需要开展数值试验研究.     

山坡演化过程的有限元数值模拟研究

地貌是构造运动等内力和侵蚀、搬运及沉积等外力相互作用的产物.地貌演化是全球变化的重要组成部分,为全球变化研究提供重要信息.地形是由坡面包络,因此对坡面及其影响坡面演化因子的研究有利于对地貌演化的深入理解.基于质量守恒原理,以直线型山坡形态为初始坡面,利用有限元方法对坡面演化过程进行数值模拟研究.数值模拟结果显示了山坡演...     

间断有限元方法的数值频散分析及其波场模拟

数值求解波动方程是大尺度正演波场模拟、基于波动方程的地震偏移和反演成像的关键.本文针对求解二维声波方程的Runge-Kutta 间断有限元（RKDG）方法的数值频散问题,从理论推导和数值分析的角度进行了深入研究,并将其与近似解析离散化方法（Optimal Nearly Analytic Discrete Method,简称ONAD 方法）、Lax-Wendroff 修正方法、交错网格（Staggered-Grid,简称SG）方法的数值频散进行了比较研究.结果表明：RKDG方法以及近似解析离散化方法在压制数值频散方面要好于上述其他方法,特别是空间精度为3阶的RKDG方法,即使当空间步长取波长的一半,即一个波长内取2个网格点时,最大的频散误差也不超过1.67%.同时,我们也通过波场模拟对比研究了不同数值方法的数值频散问题,进一步直观地验证了数值频散的理论分析结果.     

井下振动环境分析与模拟

智能导钻井下工具及仪器在钻进过程中产生复杂的振动, 剧烈或长时间振动会造成井下仪器的电路故障与钻具机械疲劳破坏, 引发钻井事故, 增加钻井成本.为了验证井下仪器的振动环境适应性与可靠性, 需要开展破坏机理、井下工况数据采集与分析、测试与试验的体系化研究, 在实验室充分发现仪器潜在的故障, 不断迭代升级, 提升仪器可靠性.本文通过自主研制的井下振动冲击记录仪器在实钻井中采集真实的振动环境数据, 对数据进行处理分析后, 制定了三个方向的振动试验条件; 定制研制了国内首台专门用于井下仪器测试的双台并激振动试验系统, 研究了基于双台振动设备的并激振动试验与测试方法, 实现了实验室条件下真实模拟井下振动环境, 构建的系统化井下振动试验平台有效支撑了井下工具及仪器的高质量研发.

     

注聚合物井井下温度分布数值模拟研究

本文提出了一种计算注聚合物井井下温度分布的方法,该方法视井筒内的聚合物溶液为非牛顿幂律流体,考虑注入流体在井筒中同一截面上的速度变化,根据聚合物溶液在多孔介质中的流变性,依据广义达西定律求取渗流速度,基于能量守恒方程建立柱坐标系下注聚合物井井筒内流体、注入层及围岩的二维温度场模型.通过合理的边界条件,将三部分模型耦合起来,采用交替方向半隐式有限差分法求解建立的井下温度场模型.考查了注入量、注入时间、幂律指数和稠度系数、注入液温度等因素对井下温度场分布的影响,结果表明,当注入的聚合物溶液温度低于注入层的原始温度时,随注入量和注入时间的增大以及粘度的减小,注入层的温度降低;注入聚合物溶液温度与注入层原始温度差越大,注入层处的温度剖面异常越明显.本文数值计算结果可用于指导注聚合物井的井温测井应用.     

活断层上覆盖层中土壤氡浓度分布的数值模拟

本文利用实测地质剖面建立了活断层上覆盖层中氡迁移的地质-物理模型,根据氡的迁移机理建立了活断层上氡迁移的数学模型,采用有限差分方法求解氡迁移的二维微分方程的数值解,得到了直立活断层,倾斜活断层,地堑活断层,活动断裂带或破碎带上覆盖层中氡浓度的二维断面等值图和横切断层的剖面曲线,分析了氡浓度分布的二维断面特征和剖面曲线特征,它们与氡的迁移机制及活断层调查的实测剖面曲线相符,这些为活断层的调查和进一步反演奠定了理论基础.     

自流井水温固体潮效应及其应变响应能力

井水温度观测是一项重要的地震前兆观测手段,旨在捕捉地震孕育过程中的应力-应变信息。水温固体潮效应作为地壳应力-应变信息的真实反映和地震前兆观测的干扰因素,具有重要的研究意义。本文首先依据对自流井中热状态的分析,认为自流井水温固体潮效应可能主要存在两种机制,即热传导机制和热对流机制;据此,推导出热传导机制中水温与固体潮体应变变化的定量关系;最后以流量相对较大的本溪自流井为例进行分析。结果表明,本溪井水温固体潮效应是热传导机制和热对流机制共同作用的结果,其中,热传导机制起主要作用。     

上海地区地壳应变能力数值模拟

上海市综合深井项目第2阶段将建设9—10个综合深井观测站。利用蠕变方程,通过ANSYS有限元软件进行数值分析,模拟上海市9个观测点在当前地壳运动水平下的形变信息,为综合深井第2阶段建设提供理论基础。     

An analytical solution for describing the transient temperature distribution in an aquifer thermal energy storage system

A mathematical model is developed for predicting the temperature distribution in an aquifer thermal energy storage (ATES) system, which consists of a confined aquifer bounded from above and below by the rocks of different geological properties. The main transfer processes of heat include the conduction and advection in the aquifer and the conduction in the rocks. The semi‐analytical solution in dimensionless form for the model is developed by Laplace transforms and its corresponding time‐domain solution is evaluated by the modified Crump method. Field geothermal property data are used to simulate the temperature distribution in an ATES system. The results show that the heat transfer in the aquifer is fast and has a vast effect on the vicinity of the wellbore. However, the aquifer temperature decreases with increasing radial and vertical distances. The temperature in the aquifer may be overestimated when ignoring the effect of thermal conductivity. The temperature distribution in an ATES system depends on the vertical thermal conduction in the rocks and the horizontal advection and thermal conduction in the aquifer. The present solution is useful in designing and simulating the heat injection facility in the ATES systems. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

斜井泥浆侵入仿真及其阵列侧向测井响应数值模拟

为了研究斜井泥浆侵入储层的井周岩石物理特征,采用广义曲线坐标系统模拟斜井泥浆侵入特性,进而研究泥浆侵入过程的阵列侧向测井响应.数值仿真表明,采用广义曲线坐标系消除了笛卡儿坐标系统在斜井边界处网格划分的锯齿现象;储层非均质造成泥浆侵入不均匀,储层渗透性越好,泥浆滤液侵入越深;泥浆滤液侵入使得井周地层饱和度、孔隙水矿化度的分布发生变化,进而造成斜井井周岩石电阻率分布剖面复杂变化;泥浆侵入过程中阵列侧向视电阻率变化以及深浅视电阻率的幅度差异,有效反映了斜井泥浆侵入特性;文中采用了基于Marquardt方法的阵列侧向测井四参数反演,有效恢复了斜井储层侵入剖面,得到了原状地层电阻率.斜井泥浆侵入特征及其阵列侧向测井响应模拟分析,有助于正确认识斜井井周岩石物理特征和利用阵列侧向测井进行斜井储层评价.     

煤巷高冒区遗煤自燃数值模拟分析

煤巷高冒区因遗煤易自燃而成为煤矿内因火灾的重要危险源之一。本文在分析高冒区遗煤赋存状态的基础上,结合平煤十三矿11111巷道高冒区实际情况,应用FLUENT软件,对高冒区漏风风速、温度、氧气浓度以及CO浓度的分布进行了数值模拟。模拟结果表明：高冒区中部漏风在自燃风速范围内;在高冒区内,高温点出现在中部;高冒区中部氧气消耗量最大,煤氧反应产物CO浓度在高冒区中部最高。根据高冒区温度、氧气浓度、CO浓度、漏风风速的分布规律,可将高冒区划分为“易自燃带”和“不易自燃带”。     

横向各向同性地层斜井中正交偶极子激发声场的数值模拟

本文采用三维应力-速度有限差分(SV-FD)方法,数值模拟了横向各向同性(TI)地层对称主轴与井轴斜交情况下正交偶极子声源激发的井孔声场.主要解决了与倾斜角有关的三维空间弹性模量矩阵的推导,柱坐标系下应力-速度有限差分方程组的建立,井轴上场点奇异性与内边界处理等几个关键问题,提高了计算精度.在横向各向同性地层对称主轴与井轴平行的情况下,与实轴积分法所得结果进行了对比,验证了本文方法的正确性.计算了不同倾角情况下xx和yy两分量的弯曲波,并用频域加权相似法提取了弯曲波频散曲线,结果显示了横向各向同性介质中不同方向偏振的弯曲波传播的分裂现象,其频散曲线在低频段分裂,随频率增大而逐渐重合.弯曲波低频截止频率处速度与理论公式得到的横波速度基本符合.     

中国岩石圈三维结构数值模拟数据库

应总结中国岩石圈三维结构研究成果的需要，本文介绍了数值模拟数据库的建设，它系国土资源部中国岩石圈三维结构数据库下属子库之一．该数据库在Windows2000环境中开发，以Visual Basic6．0和Arc／Info的二次开发工具Mapobject作为应用系统开发平台，分别用Microsoft Access 2000和SQL Server2000作为数据库平台，并利用Arc／Info的Desktop版本建立空间数据和元数据．最终实现了一个具有从空间数据、属性数据、元数据等多角度查询功能的系统．文中详细介绍了平台选取、数据库建立、系统结构、系统功能等问题．