發(fā)布時間：2017-04-10 16:12

  本文關鍵詞：基于分數(shù)階非牛頓流體本構關系的雙孔介質波動方程，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：致密油氣等非常規(guī)資源已成為當前石油勘探行業(yè)的重點關注對象,含流體孔隙介質波傳播問題的研究是提高致密儲層油氣勘探精度的關鍵。致密儲層波速預測困難的原因主要有以下幾點:一是根據眾多實踐經驗表明,運用經典的Biot理論所得預測值往往偏離實際情況,波的頻散和衰減多出現(xiàn)于超聲頻段;數(shù)值算例顯示基于單一均勻孔隙假設所建立的波動方程更不適于低滲透率參數(shù)條件下的預測。二是儲層孔隙度、滲透率低,流體在微納米通道中表現(xiàn)出的非牛頓特征對波傳播的影響規(guī)律尚不清晰。另外,儲層孔隙結構復雜、非均質性強,需刻畫復雜的孔隙內部空間。論文初步探索了以上這些問題,主要內容即是建立描述致密儲層孔隙介質波傳播特性的數(shù)學-物理方程,進而得到理論預測的地震波速度頻散和衰減關系,實現(xiàn)波速預測,為進一步開展致密儲層地球物理正演工作打下基礎。具體工作如下:(1)分析驗證致密儲層孔隙流體的非牛頓特征。在調研資料的基礎上,結合分子動力學模擬結果,分析微納米通道流體的性質和流動規(guī)律,提出非牛頓流體本構模型更適合描述微納米管道中流體剪切力與剪切率的關系。(2)引入流體內部摩擦耗散機制。鑒于孔隙流體表現(xiàn)出的類固體特征,認為孔隙流體在流動中能承受部分剪切。在地震波激勵下,流體流動過程中由于其內部分子相互作用會引起地震波的額外耗散,定義這部分耗散是粘性力的線性函數(shù)。(3)建立基于分數(shù)階非牛頓流體本構關系的致密儲層雙孔介質波動方程。采用分數(shù)階非牛頓流體本構模型,從分析力學的哈密頓原理出發(fā),建立致密儲層雙重孔隙結構流固雙相介質系統(tǒng)的勢能函數(shù)、動能函數(shù)和耗散函數(shù),基于拉格朗日方程推導波動方程,在頻率-波數(shù)域解析求解,得到低孔低滲參數(shù)條件下的理論速度頻散和衰減關系,與前人經典理論模型的計算結果作對比。論文先是通過數(shù)值算例說明流體非牛頓效應對地震波頻散和衰減的作用規(guī)律,然后分析滲透率等基本參數(shù)對計算結果的影響,從理論上檢驗模型的適用性,最后將理論預測值與實驗室測試結果、測井數(shù)據進行對比分析,初步驗證方法的有效性。
【關鍵詞】：致密儲層 分數(shù)階非牛頓本構 內摩擦耗散 雙孔介質 波動方程
【學位授予單位】：中國地質大學(北京)
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：P618.13;P631.4
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 引言11-20
• 1.1 研究背景及意義11-12
• 1.2 研究現(xiàn)狀12-17
• 1.2.1 孔隙介質波傳播理論模型12-14
• 1.2.2 孔隙流體流動規(guī)律研究情況14-15
• 1.2.3 孔隙分形研究情況15-16
• 1.2.4 孔隙非牛頓流體研究情況16-17
• 1.3 研究內容及技術路線17-20
• 1.3.1 研究內容17-18
• 1.3.2 技術路線18
• 1.3.3 論文的創(chuàng)新點18-20
• 第2章 分子動力學模擬和復雜流動模型20-31
• 2.1 致密儲層的地質特征20-21
• 2.2 微納米通道流體流動模擬21-25
• 2.3 復雜流動理論模型分析25-31
• 2.3.1 Knudsen擴散模型25-26
• 2.3.2 Forchheimer模型26
• 2.3.3 動態(tài)滲透率模型26-27
• 2.3.4 粘彈-動態(tài)滲透率模型27-31
• 第3章 基于分數(shù)階非牛頓流體本構的單孔介質波動方程31-43
• 3.1 分數(shù)階非牛頓流體本構模型31-33
• 3.1.1 分數(shù)階模型的引入31-32
• 3.1.2 分數(shù)階導數(shù)的性質32
• 3.1.3 模型優(yōu)缺點分析32-33
• 3.2 單孔波動方程的推導33-39
• 3.2.1 勢能函數(shù)34-35
• 3.2.2 動能函數(shù)35
• 3.2.3 耗散函數(shù)35-38
• 3.2.4 波動方程38
• 3.2.5 平面波分析38-39
• 3.3 單孔方程的數(shù)值計算39-43
• 3.3.1 內摩擦耗散機制影響分析39-41
• 3.3.2 滲透率影響分析41-42
• 3.3.3 模型適用性分析42-43
• 第4章 基于分數(shù)階非牛頓流體本構的雙孔介質波動方程43-63
• 4.1 雙孔介質簡述43-45
• 4.2 雙孔波動方程的推導45-58
• 4.2.1 勢能函數(shù)45-46
• 4.2.2 動能函數(shù)46-50
• 4.2.3 耗散函數(shù)50-51
• 4.2.4 波動方程51-55
• 4.2.5 方程中的彈性參數(shù)55-57
• 4.2.6 平面波分析57-58
• 4.3 模型與Biot理論的相容性58-59
• 4.4 雙孔方程的數(shù)值計算59-63
• 4.4.1 模型計算結果分析60-61
• 4.4.2 滲透率影響分析61-62
• 4.4.3 模型適用性分析62-63
• 第5章 應用實例63-73
• 5.1 不同模型計算對比63-65
• 5.2 寬頻帶實驗數(shù)據驗證65-69
• 5.2.1 實驗數(shù)據簡介66-67
• 5.2.2 理論預測結果67-68
• 5.2.3 實驗數(shù)據對比68-69
• 5.3 測井數(shù)據驗證69-73
• 第6章 結論與認識73-74
• 致謝74-75
• 參考文獻75-79

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