【摘要】：裂縫內(nèi)可壓縮流動(dòng)廣泛存在于油氣開采、CO_2埋存、地下水污染處理等工業(yè)生產(chǎn)及自然界中,是能源開發(fā)、環(huán)境治理等領(lǐng)域重點(diǎn)關(guān)注的問題。例如,在天然氣開采中的高壓氣井井筒附近,氣體的可壓縮性對流動(dòng)的影響顯著。本文將基于氣體動(dòng)理學(xué)格式(Gas Kinetic Scheme,GKS)在孔隙尺度上模擬裂縫內(nèi)可壓縮流動(dòng),并分析流動(dòng)達(dá)到阻塞的影響因素,研究基質(zhì)巖塊系統(tǒng)與裂縫系統(tǒng)之間的竄流對出流流量的影響。以下是本文研究工作的主要內(nèi)容:1、結(jié)合直角網(wǎng)格技術(shù),開發(fā)了針對多孔介質(zhì)內(nèi)流動(dòng)的GKS模擬方法。檢驗(yàn)了該數(shù)值方法模擬復(fù)雜區(qū)域的不可壓低速滲流和可壓縮流動(dòng)的可行性與有效性。測試結(jié)果表明:開發(fā)的GKS程序能夠有效地處理復(fù)雜邊界形狀;相比于單松弛格子玻爾茲曼方法,GKS能夠精確實(shí)現(xiàn)壁面無滑移邊界條件,從而正確反映滲透率與黏性無關(guān)的特性;對于Berea砂巖切片結(jié)構(gòu)中的復(fù)雜流動(dòng),模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)吻合較好,能較精確地計(jì)算出滲透率。2、模擬了曲張管道內(nèi)的可壓縮流動(dòng),分析了管道的各項(xiàng)特征參數(shù)(如管道長度,凸起物的幅度,凸起物個(gè)數(shù)等)及管道截面形狀對管內(nèi)可壓縮流動(dòng)的影響,總結(jié)了管內(nèi)流動(dòng)發(fā)生阻塞的相關(guān)規(guī)律:對于該類曲張管道模型,管內(nèi)阻塞的位置均是位于喉道處,且管道越短或凸起幅度越大或凸起物越多,管道越容易發(fā)生阻塞;臨界壓力比與管道長度存在線性關(guān)系;各項(xiàng)參數(shù)相同時(shí),圓管道比平行通道更容易發(fā)生阻塞。3、提出了與氣藏儲(chǔ)層的平均壓力、氣藏儲(chǔ)層的滲透率、裂縫尺寸、氣體動(dòng)力學(xué)黏度等相關(guān)的基質(zhì)-裂縫竄流邊條件,并將其應(yīng)用到直圓管內(nèi)可壓縮流動(dòng)的研究中。模擬結(jié)果表明:流入管內(nèi)的氣體總量是氣藏儲(chǔ)層的平均壓力與井筒壓力比值的非線性函數(shù),且存在飽和現(xiàn)象;當(dāng)氣藏儲(chǔ)層的平均壓力與井筒壓力比值較大時(shí),井筒中的大部分氣體都產(chǎn)自裂縫與井筒連接處附近的儲(chǔ)層區(qū)域�？傊�,本文結(jié)合直角網(wǎng)格技術(shù),開發(fā)了針對多孔介質(zhì)流動(dòng)的GKS模擬方法,檢驗(yàn)了該數(shù)值方法模擬復(fù)雜區(qū)域的不可壓低速滲流和可壓縮流動(dòng)的可行性與有效性,為進(jìn)一步研究多孔介質(zhì)內(nèi)的輸運(yùn)問題提供了有效的工具;此外,本文還提出了一種基質(zhì)-裂縫竄流邊條件,分析了井筒附近的流道四周存在竄流時(shí),對流道內(nèi)可壓縮流動(dòng)的影響,為以后的相關(guān)研究奠定了基礎(chǔ)。
【圖文】：

華 中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文函數(shù)求矩可得： +1= 1 Δ + . (2.8)因此，為了使單元的宏觀守恒量在每個(gè)離散時(shí)間步中得到更新，我們首先必須構(gòu)造出各個(gè)界面處的數(shù)值通量 。

= 2+2 2 1 2 2+12 3 3 4 , 12( 2+ 2+ ( + 2)/2 )、 2=12( 3+ 2+ ( + 4) /2 )、 4=14( 4+ 4+ 2 2 2+ ( )，則將(2.13)、(2.14)、(2.15)、(2.16)、(2.17的值。偏導(dǎo)數(shù)均可根據(jù)宏觀量的偏導(dǎo)數(shù)求得，而宏觀量(2.11)中的 0可根據(jù)公式(2.4)通過界面處的宏可壓縮問題，界面處的宏觀量可通過界面左右線性插值與中心差分的模板如圖 2.2 所示，所考
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TE37;O35

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本文編號(hào)：2590273