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罗万静:利用边界元方法模拟裂缝性含水地层中裂缝-基质间流体交换特征【WRR,2020】
2020-07-03   科技处  责编:王晓佳  阅读1292次
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dnf私服发布网 www.phemphat.com 裂隙(缝)性地层常见于地下水文、非常规油气藏等地质体,裂缝对油气水等流体运移具有决定性作用。裂缝与地层间具有强非均质性,呈现双孔介质特征,精确描述裂缝与基质间的流体交换是认识裂缝导流作用的关键。目前,模拟裂隙性地层内流体流动的主要方法是双孔介质模型结合数值模拟,但是该手段存在如下三方面问题:(1)随着裂缝-地层间非均质性增加,数值模型的计算误差将放大,甚至算法无法收敛;(2)数值方法依靠网格化处理,将产生巨大数据体,计算速度缓慢,且难以刻画复杂形态裂缝形态;(3)双孔介质模型仅限于特征体元(REV)尺度,无法模拟离散性裂缝网络。

针对上述科学问题,我校化石能源勘探理论与开发技术求真研究群体罗万静教授及其合作者以有限体积裂缝元为研究对象,借助格林函数、边界元等相关理论,建立了裂缝-地层流动半解析模型,系统分析了地下流体在裂缝周缘的流入流出特征及相应的压力变化。研究取得的新认识如下:

1、提出的无网格化半解析裂缝模型不需要借助复杂非结构网格手段,显式描述裂缝几何形态、裂缝-裂缝间交叉点,建立一种自动升尺度的复杂裂缝网络表征方法。

2、该模型将裂缝性地层视为非均质整体,分解为裂缝、地层两大均质渗流系统,通过边界元理论进行耦合,实现全生命周期的连续性流动过程仿真模拟。

3、模型提供的流体交换模拟场和压力分布场能够直观反映裂缝性地层内流体流动特征。当生产井位于地层内时,裂缝起到高导流通道和半渗透性断层的复合作用;当生产井穿透裂缝(网络)时,且裂缝体积与地层孔隙体积数量级近视时,离散裂缝性地层呈现经典双孔介质模型特征。

该研究不仅可以提高对裂缝性地层流体流动过程的模拟精度。同时,从机理上一定程度上揭示了双孔介质模型假设的物理意义和渗流力学依据,建立起连续性双孔模型和离散性裂缝模型间的数学联系。

 

1 裂缝网络(含结合点)与基质间的流体流入流出关系

2 Sotra Island地区某裂缝性地层地质露头及本文流动单元模型

 

3 生产井位于不同地质体内的裂缝系统压力场模拟 

上述成果发表在水文学国际权威刊物《Water Resources Research》上: Luo, W., Wang, J., Wang, L., & Zhou, Y. (2020). An alternative BEM for simulating the flow behavior of a leaky confined fractured aquifer with the use of the semianalytical approach. Water Resources Research, 56, e2019WR026581.

全文链接:https://doi.org/10.1029/2019WR026581

 

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