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COUPLED MULTIPHYSICS MODEL OF CO2 INJECTION FOR ENHANCED OIL RECOVERY
CO2驱油过程中多场全耦合数学模型

SHENG Jinchang,
金昌

岩石力学与工程学报 , 2006,
Abstract: CO2是一种温室气体,是促使全球气温升高的主要原因之一,CO2的地下贮存(注入到地下含水层)是减少CO2排放的一种很好选择。如果在石油开采的三次采油阶段用CO2来驱油,这样既可以利用废弃的油气田来贮存CO2,又可以达到增加油气产量的目的。CO2驱油过程是一个流、固、热、多相流等多场耦合作用过程。首先,建立一套流、固、热、多相流等多场全耦合控制方程组及其相应的耦合本构关系;然后,采用FEMLAB为工具来模拟三次采油阶段CO2驱油过程中的流、固、热、物质守恒等多场之间的全耦合作用,是第一个人机交互式的基于偏微分方程组的多物理场耦合分析的工程工具,利用FEMLAB,该4个耦合方程组成的方程组可以一次同时被求解出来;最后,应用该模型来求解一个二维油田的驱油情况,数值计算结果表明,原位应力、注入温度、注入压力等因素对CO2的地下贮存效率、驱油速度等有重要影响。
基于图像数字化技术的裂隙岩石多场耦合分析
金昌,刘继山,速宝玉
工程力学 , 2007,
Abstract: 引入图像数字化技术来客观地反映裂隙化岩石的非均质性结构分布,并将其转化成物理参数(渗透系数、弹性模量等)的分布图,然后将它和数值方法相结合,应用于裂隙化岩石流固热多场耦合分析中。首先需要获得高清晰度的裂隙岩石数字图像,岩石中不同的结构对应不同的归一化特征值I值(图像像素颜色的特征值),通过I值与材料参数之间的一一对应关系就可以得到岩石中不同结构材料物理参数的真实分布。将物理参数分布输入到我们开发的基于MATLAB和FEMLAB的岩石多场耦合分析程序中,就可以得到真实地反映裂隙岩石的多场耦合作用过程。数值分析结果表明:图像数字化技术与数值方法相结合是可行且有效的,其结果更能反映真实的物理现象。
基于taylor展开随机有限元法的裂隙岩体随机渗流分析
金昌,速宝玉,魏保义
岩石工程学报 , 2001,
Abstract: 基于等效连续介质模型,应用taylor展开法分析裂隙岩体渗透性的随机性与裂隙基本几何参数随机性的关系,然后用一阶taylor展开随机有限元法分析裂隙岩体渗流场的随机性。数值分析表明:隙宽的随机性对渗流场的影响最大,裂隙的迹长次之,间距的影响最小。
基于FEMLAB的钻井过程中流固热耦合响应分析
金昌,廖秋林,刘继山,速宝玉
工程力学 , 2008,
Abstract: 在石油开采等行业中,钻井过程中的渗流-变形-温度多场耦合作用非常复杂,它对井壁稳定分析具有重要意义。该文将在有关文献的基础上,首先建立一组饱和多孔岩体介质瞬态的流、固、热三场耦合方程组(其中包括固体变形、能量传输、流体流动三个相互耦合的过程,多物理场之间的交叉耦合还包括材料性质与独立变量之间的耦合关系);然后给出了该方程组在FEMLAB软件(基于偏微分方程组的多物理过程模拟工具)中的详细数学表达;最后以FEMLAB作为平台,着重分析了钻井过程中的流固热耦合作用过程,讨论了井壁温度发生突然降低后,井壁附近围岩的孔隙水压力、温度、应力的变化过程,为井壁稳定分析提出更为准确的应力分布。计算结果反映了耦合作用对井壁围岩应力的重要影响。该文的计算结果与解析解进行了比较,结果非常吻合,证明了耦合模型及求解方法的正确性。
对管涌机理的新认识
罗玉龙,速宝玉,金昌,詹美礼
岩石工程学报 , 2011,
Abstract: 基于原状土的实际受力特点,提出新的管涌机理:管涌是涉及孔隙水渗流、可动细颗粒侵蚀运移、多孔介质变形等众多复杂力学行为的多相多场耦合现象。在详细归纳评述最新研究进展的基础上,提出了今后研究的总体思路:首先利用三向受压状态下土体的渗流–侵蚀–应力耦合管涌试验,建立耦合管涌本构方程,揭示三向受压状态下土体管涌发展的渗流–侵蚀–应力耦合机理;然后基于溶质运移的思想,建立预报原状地基土体管涌发展过程的渗流–侵蚀–应力耦合数学模型。同时指出渗流–侵蚀–应力耦合试验的可重复性及三相三场全耦合纯对流管涌模型的高效求解策略是需要重点解决的关键科学问题。提出的新的管涌机理为客观认识管涌问题的本质提供了一种新的角度,今后的研究成果将对堤坝管涌险情的科学预报和有效治理具有重要的指导作用。
溪洛渡拱坝坝基渗流-应力耦合分析研究
金昌,速宝玉,赵坚,詹美礼
岩石工程学报 , 2001,
Abstract: 把裂隙岩体概化为等效连续介质,基于表征单元体的概念建立了统一的渗流弹塑性应力全耦合控制方程。对拱坝坝区耦合分析表明,与非耦合计算相比,渗流场差别非常明显,结构面的抗滑能力有所降低,对坝体的安全产生不利影响。
分层包气带中铜离子迁移试验及模拟
金昌,徐力猛,邵建明
人民黄河 , 2014,
Abstract: ?通过饱和-非饱和分层土柱迁移试验及其数值模拟来研究铜离子运移深度随时间的变化规律及其影响因素,结果表明:试验初期,包气带中产生的水势负压会使土壤水分重新分配,非饱和土的含水率小幅度增加,饱和土上层的含水率明显降低,但很快又达到饱和。水势负压对铜离子的迁移影响不大。铜离子的迁移速率随着土壤埋深的增大而减小,吸附-沉淀作用是主要影响因素。铜离子在60d、110d、160d、1a、3a、5a六个时刻的迁移深度分别为20.0、35.0、45.0、52.5、66.7、70.0cm,这可以作为治理重金属铜对土壤和地下水造成的污染的依据。
考虑应力状态的悬挂式防渗墙-砂砾石地基管涌临界坡降试验研究
罗玉龙,吴强,詹美礼,金昌
岩土力学 , 2012,
Abstract: 悬挂式防渗墙-强透水地基所处的应力状态,对其管涌等渗透变形发展过程影响明显。利用自行研制的新型土与结构物接触剪切渗透仪,开展不同应力状态下悬挂式防渗墙——缺乏中间级配的管涌型砂砾石地基的渗流-应力耦合管涌试验研究。结果表明,应力状态对悬挂式防渗墙-砂砾石地基的管涌临界渗透坡降影响巨大,围压越大,管涌临界渗透坡降越大,基于试验结果,建立了由围压表示的管涌临界渗透坡降线性经验公式。研究成果体现了渗流-应力耦合效应对防渗墙-砂砾石地基渗透稳定性的影响,可为确定深厚覆盖层中悬挂式防渗墙的合理贯入深度提供重要的理论依据。
ANALYSIS OF TRANSIENT FLUID FLOW IN FRACTURED ROCK MASSES WITH DIGITAL IMAGE-BASED METHOD
基于图像数字化技术的裂隙岩体非稳态渗流分析

SHENG Jinchang,LIU Jishan,ZHAO Jian,
金昌
,刘继山,赵 坚

岩石力学与工程学报 , 2006,
Abstract: The realistic characterization of rock heterogeneity has been a long-standing problem of great practical interest.The heterogeneity of the fractured rock masses can be described by statistical random sampling in most numerical simulations.In this study,a digital image based(DIB) numerical method is proposed for the two-dimensional transient seepage analysis of the fractured rock masses by actually taking the spatial distribution of main fractures,minor fractures and intact rock into account.The digital image processing technique is developed to identify and classify the main structures(i.e.fractures,intact rocks) in the fractured rock masses and their intrinsic permeabilities are specified to these main structures.Then the characterized permeabilities of these structures are directly imported into newly developed three-dimensional simulator SCMR,a FEMLAB-based simulator of coupled multiphysics in rocks,to evaluate the effect of heterogeneity on the transient fluid flow in the fractured rock masses.The digital image based numerical results of transient fluid flow show that the digital image-based technique is capable to characterize the heterogeneity and the fracture structures of fractured rock masses.The digital image based technique is more advantageous than the statistical method in characterizing the rock heterogeneity and provides a new approach to obtain the realistic results.
BACK ANALYSIS OF 3D SEEPAGE PROBLEM AND ITS ENGINEERING APPLICATION
三维天然渗流场反演分析及工程应用

Sheng Jinchang,Su Baoyu,Zhan Meili,
金昌
,速宝玉,詹美礼

岩石力学与工程学报 , 2003,
Abstract: 建立了三维天然渗流场反演分析模型。有选择地确定了反演变量的类型,应用序列二次优化方法来求解,收敛稳定且效率较高,提出了效率及精度更高的灵敏度分析,反演了泰安抽水蓄能电站工程区的天然渗流场,与实际观测资料相比,天然渗流场的反演结果是合理的,精度满足工程要求。本次反演结果为岩体大型地下洞室群的渗控优化提供了基础。
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