[发明专利]一种水驱沙过程中破碎岩石渗流场计算方法

权利要求书

1.一种水驱沙过程中破碎岩石渗流场计算方法，在水驱沙过程中破碎岩石孔隙被水和沙两种介质占据，根据水、沙渗透过程中的质量守恒方程、动量守恒方程、孔隙压缩方程以及渗透性参量-沙体积分数关系式，建立了渗流过程中物理量关系框图；根据物理量关系框图设计渗流场计算方法，其特征在于，渗流场的计算是通过以下步骤实现的： 

步骤1)计算得到的若干级孔隙度下的渗透性参量-沙体积分数关系式，利用一元三点不等距Lagrange插住法分别计算出各节点在当前孔隙度下水相流度I₁、非Darcy流β因子β₁、加速度系数c_a1、沙相有效流度I_2e、非Darcy流β因子β₂、加速度系数c_a2、渗透性参量-沙体积分数Y₂关系式系数； 

步骤2)根据破碎岩石的质量、高度、半径和真密度，计算出初始时刻(t＝0)破碎试验的孔隙度，根据沙子的质量、真密度计算出初始时刻沙的体积分数，并计算出水的体积分数；设定渗透条件，写出节点压力和渗流速度的分布； 

步骤3)根据节点物理量计算单元上孔隙度对坐标的偏导数、压力对坐标的偏导数、体积分数对坐标的偏导数、渗流速度对坐标的偏导数；通过节点附近区域平衡方程的积分，分别计算出压力、孔隙度、体积分数和渗流速度对时间的偏导数，在通过时间步长上的积分，计算出下一时刻节点的压力、孔隙度、体积分数和渗流速度； 

步骤4)根据节点孔隙度和沙体积分数，利用一元三点不等距 Lagrange插住法分别计算出各节点处水相流度、非Darcy流β因子、加速度系数、沙相有效流度、非Darcy流β因子、加速度系数-沙体积分数关系式系数，并利用渗透性参量-沙体积分数关系式计算节点上渗透性参量的值，进入下一步循环。 

2.根据权利要求1所述的一种水驱沙过程中破碎岩石渗流场计算方法，其特征是，所述质量守恒方程、动量守恒方程和孔隙压缩方程的计算方法为： 

a.分别用下标1和2表示水相和沙相介质的物理量，破碎岩石孔隙中质量守恒方程为 

和 

其中，t为时间，x为空间坐标，p为水压，V渗流速度，m为质量密度，I为流度，I_e为有效流度，β为非Darcy流β因子，c_a为加速度系数，n为粘度指数； 

b.假设在破碎岩石孔隙中没有空气，即孔隙体积完全被水和沙占据，记水和沙的体积分数分别Y₁和Y₂，则有如下关系 

Y₁+Y₂＝1            (3) 

破碎岩石孔隙中水、沙的质量守恒方程分别为 

和 

将式(4)和式(5)相加，并利用式(3)，可以得到 

c.破碎岩石的孔隙具有压缩性，即孔隙度随压力变化，亦即孔隙压缩方程为 

由式(4)、式(5)和式(7)，可以得到 

式(1)～(3)、式(5)～(6)和式(8)构成六个变量p,φ,V₁,V₂,Y₁,Y₂的封闭方程组，此方程组中水的质量密度m₁、沙的质量密度m₂、破碎岩石的孔隙压缩系数c_φ和参考压力p₀下的孔隙度可近似当做常量来处理，而水的流度I₁、非Darcy流β因子β₁、加速度系数c_a1，沙的有效流度I_2e、非Darcy流β因子β₂、加速度系数c_a2则随孔隙度φ和体积分数Y₂变化。