縫洞型介質(zhì)等效連續(xù)模型油水兩相流動(dòng)模擬理論研究.pdf

1、縫洞型介質(zhì)存在廣泛,在流體力學(xué)、材料科學(xué)、生物科學(xué)和化學(xué)科學(xué)中,許多問題的研究對象都具有縫洞型介質(zhì)的特征,如縫洞型碳酸鹽巖油氣儲(chǔ)層、地下喀斯特含水層、生物組織結(jié)構(gòu)等?？p洞型介質(zhì)由于含有基巖孔隙和豐富的縫洞結(jié)構(gòu),介質(zhì)類型多,尺度差別大,流動(dòng)規(guī)律復(fù)雜,流動(dòng)模擬困難,傳統(tǒng)的連續(xù)介質(zhì)理論已不適用,有必要開展縫洞型介質(zhì)的流動(dòng)模擬研究。等效連續(xù)介質(zhì)模型結(jié)合了離散介質(zhì)模型能夠準(zhǔn)確描述縫洞型介質(zhì)中的復(fù)雜流動(dòng)的特點(diǎn),并可沿用經(jīng)典的連續(xù)介質(zhì)滲流理論進(jìn)行分析

2、,在理論及求解方法上均具有雄厚的經(jīng)驗(yàn)和基礎(chǔ)，
　　 本文對等效連續(xù)介質(zhì)模型在縫洞型介質(zhì)流動(dòng)模擬中的應(yīng)用展開研究。首先,建立了復(fù)雜多尺度介質(zhì)等效滲透率張量求解的等效原則和計(jì)算原理,分別對裂縫型介質(zhì)和縫洞型介質(zhì)的等效滲透率張量確定方法進(jìn)行了研究。建立了考慮基巖滲透性和不同交界面條件(包括連續(xù)邊界條件、Beavers-Joseph滑移速度邊界條件和Beavers-Joseph-Saffman滑移速度邊界條件)的廣義立方定律和單裂縫多孔

3、介質(zhì)的等效滲透率理論計(jì)算公式;基于單裂縫多孔介質(zhì)滲透特性的研究結(jié)果,提出了較經(jīng)典的立方定律更加準(zhǔn)確和高效的裂縫預(yù)處理方法;將裂縫預(yù)處理方法運(yùn)用到裂縫型介質(zhì)等效滲透率張量求解的等效流動(dòng)數(shù)學(xué)模型中,并采用邊界元方法求解數(shù)學(xué)模型;在此基礎(chǔ)上,根據(jù)所建立的裂縫型介質(zhì)表征單元體積的確定方法,對等效連續(xù)模型的有效性判定進(jìn)行了研究;針對縫洞型介質(zhì),建立了基于裂縫預(yù)處理方法和縫洞型介質(zhì)網(wǎng)格塊鏡像反映處理方法的縫洞型介質(zhì)等效流動(dòng)數(shù)學(xué)模型,采用有限元-混合

4、有限元耦合求解方法求解數(shù)學(xué)模型,從而得到縫洞型介質(zhì)的等效滲透率張量;利用等效滲透率張量表征的連續(xù)介質(zhì)體等效替換原縫洞型介質(zhì)體,形成新的等效研究區(qū)域。其次,建立了全張量滲透率等效連續(xù)介質(zhì)單相及兩相流動(dòng)模擬理論與方法,分別采用有限元方法和混合有限元方法求解單相和兩相流動(dòng)數(shù)學(xué)模型。最后,給出了縫洞型介質(zhì)等效流動(dòng)模擬數(shù)值實(shí)例的研究,驗(yàn)證論文所建立的縫洞型介質(zhì)等效連續(xù)模型流動(dòng)模擬理論的有效性和可靠性。本研究豐富了等效連續(xù)介質(zhì)模型理論,拓寬其適用范