[发明专利]基于数值模拟的可燃冰开采实验模型测点分布设计方法

摘要

本发明公开了一种基于数值模拟的可燃冰开采实验模型测点分布设计方法，包括以下步骤选取合适尺寸的实验模型，设计相同分布的测点，依次改变侧点大小，测点位置取无效网格进行研究，模拟不同测点大小的平面渗流场，确定最佳测点尺寸范围；依据最佳测点尺寸，引入同一测点数目，从而确定合适的测点数目和对应模型平面尺寸；根据最佳测点尺寸和模型平面尺寸，依次针对不同的测点数目，改变测点距离，模拟相同时刻平面上的流线分布，确定最佳测点间距；计算分析不同平面‑纵向尺度比例下的渗流场特征，确定模型纵向尺寸和上下围岩厚度。本发明实现了天然气水合物三维实验模型中的测点合理分布，将其对流线的影响最小化。

主权项

一种基于数值模拟的可燃冰开采实验模型测点分布设计方法，其特征是：包括以下步骤：(1)选取合适尺寸的实验模型，设计相同分布的温度、电阻率、声波和压力测点，依次改变测点大小，测点位置取无效网格进行研究，模拟不同测点大小的平面渗流场，确定最佳测点尺寸范围；(2)依据最佳测点尺寸，引入同一测点数目，依次模拟不同尺寸模型中的平面渗流场，从而确定合适的测点数目和对应模型平面尺寸；(3)根据最佳测点尺寸和模型平面尺寸，依次针对不同的测点数目，改变测点距离，模拟相同时刻平面上的流线分布，确定最佳测点间距；(4)计算分析不同平面‑纵向尺度比例下的渗流场特征，确定模型纵向尺寸和上下围岩厚度；所述步骤(1)中，具体方法为：取设定的实验模型尺寸，测点大小分别取1‑4cm2，依次增大，模型中设计3层分布的温度、电阻率、声波和压力测点，每层测点数均匀分布，测点大小一定，测点位置取无效网格进行研究，模拟不同测点大小的平面渗流场；最佳测点尺寸大小范围取[0.8～1.0]cm2；所述步骤(2)中，设计每层模型的测点数目15×15，即225个，分别建立500×500×500mm3、600×600×600mm3、700×700×700mm3、800×800×800mm3、1000×1000×1000mm3大小不同的模型，研究不同尺寸模型中的平面渗流场；当测点数目为15×15时，为了使测点的引入对流线造成的影响并且考虑到模型制作工艺水平，平面模型尺寸范围取[800×800～850×850]mm2；所述步骤(3)中，取800×800mm2模型进行测点密度优化，确定测点最小距离，建立测点个数分别为0、9×9＝81、15×15＝225、19×19＝361个的模型，其中9×9、15×15、19×19所对应的测点距离分别为7cm、4cm、3cm，模拟不同模型中相同时刻平面上的流线分布；最佳测点间距范围取[4‑4.5]cm；所述步骤(4)中，固定模型平面尺度为800mm×800mm2，模型厚度分别取160mm、240mm、320mm、400mm和480mm，计算分析不同平面‑纵向尺度比例下的渗流场特征，网格平面划分为40×40mm2，垂向40mm为一层；进行中间一口井降压分解，井底压力为4MPa，进行纵向气水流动动态分析；所述步骤(4)中，模型最佳纵尺寸范围取[480～500]mm，考虑到围岩导热作用对水合物分解的作用，上下围岩厚度比例范围为[0.39～0.41]；当模型的边长为[800～850]mm；模型内测点分为上中下三层，每层均匀分布15×15个测点；测点大小为[0.8～1.0]cm2；测点间距为[4～4.5]cm的分布时，模拟效果最佳。