基于分数阶非牛顿流体本构关系的双孔介质波动方程

发布时间：2017-04-10 16:12

  本文关键词：基于分数阶非牛顿流体本构关系的双孔介质波动方程，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：致密油气等非常规资源已成为当前石油勘探行业的重点关注对象,含流体孔隙介质波传播问题的研究是提高致密储层油气勘探精度的关键。致密储层波速预测困难的原因主要有以下几点:一是根据众多实践经验表明,运用经典的Biot理论所得预测值往往偏离实际情况,波的频散和衰减多出现于超声频段;数值算例显示基于单一均匀孔隙假设所建立的波动方程更不适于低渗透率参数条件下的预测。二是储层孔隙度、渗透率低,流体在微纳米通道中表现出的非牛顿特征对波传播的影响规律尚不清晰。另外,储层孔隙结构复杂、非均质性强,需刻画复杂的孔隙内部空间。论文初步探索了以上这些问题,主要内容即是建立描述致密储层孔隙介质波传播特性的数学-物理方程,进而得到理论预测的地震波速度频散和衰减关系,实现波速预测,为进一步开展致密储层地球物理正演工作打下基础。具体工作如下:(1)分析验证致密储层孔隙流体的非牛顿特征。在调研资料的基础上,结合分子动力学模拟结果,分析微纳米通道流体的性质和流动规律,提出非牛顿流体本构模型更适合描述微纳米管道中流体剪切力与剪切率的关系。(2)引入流体内部摩擦耗散机制。鉴于孔隙流体表现出的类固体特征,认为孔隙流体在流动中能承受部分剪切。在地震波激励下,流体流动过程中由于其内部分子相互作用会引起地震波的额外耗散,定义这部分耗散是粘性力的线性函数。(3)建立基于分数阶非牛顿流体本构关系的致密储层双孔介质波动方程。采用分数阶非牛顿流体本构模型,从分析力学的哈密顿原理出发,建立致密储层双重孔隙结构流固双相介质系统的势能函数、动能函数和耗散函数,基于拉格朗日方程推导波动方程,在频率-波数域解析求解,得到低孔低渗参数条件下的理论速度频散和衰减关系,与前人经典理论模型的计算结果作对比。论文先是通过数值算例说明流体非牛顿效应对地震波频散和衰减的作用规律,然后分析渗透率等基本参数对计算结果的影响,从理论上检验模型的适用性,最后将理论预测值与实验室测试结果、测井数据进行对比分析,初步验证方法的有效性。
【关键词】：致密储层 分数阶非牛顿本构 内摩擦耗散 双孔介质 波动方程
【学位授予单位】：中国地质大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P618.13;P631.4
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 引言11-20
• 1.1 研究背景及意义11-12
• 1.2 研究现状12-17
• 1.2.1 孔隙介质波传播理论模型12-14
• 1.2.2 孔隙流体流动规律研究情况14-15
• 1.2.3 孔隙分形研究情况15-16
• 1.2.4 孔隙非牛顿流体研究情况16-17
• 1.3 研究内容及技术路线17-20
• 1.3.1 研究内容17-18
• 1.3.2 技术路线18
• 1.3.3 论文的创新点18-20
• 第2章 分子动力学模拟和复杂流动模型20-31
• 2.1 致密储层的地质特征20-21
• 2.2 微纳米通道流体流动模拟21-25
• 2.3 复杂流动理论模型分析25-31
• 2.3.1 Knudsen扩散模型25-26
• 2.3.2 Forchheimer模型26
• 2.3.3 动态渗透率模型26-27
• 2.3.4 粘弹-动态渗透率模型27-31
• 第3章 基于分数阶非牛顿流体本构的单孔介质波动方程31-43
• 3.1 分数阶非牛顿流体本构模型31-33
• 3.1.1 分数阶模型的引入31-32
• 3.1.2 分数阶导数的性质32
• 3.1.3 模型优缺点分析32-33
• 3.2 单孔波动方程的推导33-39
• 3.2.1 势能函数34-35
• 3.2.2 动能函数35
• 3.2.3 耗散函数35-38
• 3.2.4 波动方程38
• 3.2.5 平面波分析38-39
• 3.3 单孔方程的数值计算39-43
• 3.3.1 内摩擦耗散机制影响分析39-41
• 3.3.2 渗透率影响分析41-42
• 3.3.3 模型适用性分析42-43
• 第4章 基于分数阶非牛顿流体本构的双孔介质波动方程43-63
• 4.1 双孔介质简述43-45
• 4.2 双孔波动方程的推导45-58
• 4.2.1 势能函数45-46
• 4.2.2 动能函数46-50
• 4.2.3 耗散函数50-51
• 4.2.4 波动方程51-55
• 4.2.5 方程中的弹性参数55-57
• 4.2.6 平面波分析57-58
• 4.3 模型与Biot理论的相容性58-59
• 4.4 双孔方程的数值计算59-63
• 4.4.1 模型计算结果分析60-61
• 4.4.2 渗透率影响分析61-62
• 4.4.3 模型适用性分析62-63
• 第5章 应用实例63-73
• 5.1 不同模型计算对比63-65
• 5.2 宽频带实验数据验证65-69
• 5.2.1 实验数据简介66-67
• 5.2.2 理论预测结果67-68
• 5.2.3 实验数据对比68-69
• 5.3 测井数据验证69-73
• 第6章 结论与认识73-74
• 致谢74-75
• 参考文献75-79

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