0引言渗流力学是流体力学中研究流体在多孔介质中流动的一个分支,在石油工程专业知识体系中处于专业基础课的重要地位[1-2],它是油藏工程、采油工程、数值模拟等课程的基础。由于渗流力学具有理论性强、抽象难懂的特点[3],在教学实践中往往通过增加水电模拟实验环节[4],通过学生在物理课程中较早接触的电场来类比渗流场,增加学生对渗流场的整体把握和感性认识。但是,由于在水电模拟实验过程中,只能通过电流表和电压表来对电场进行局部探测,同时囿于传统的实验仪器,电场的可视化程度不高,难以收到良好的教学效果;加之学时不足,实验教学经费有限等原因,在教学实践过程中,物理模拟的模型往往比较单一,无法全面地展现渗流力学中丰富多彩的渗流现象。文献[5]介绍了基于Matlab PDE工具箱的渗流力学可视化教学方法与增设上机实验的教学建议,在一定程度上解决了上述问题,但是,却没有为上机实验提供相对集成化的平台。本文通过Matlab GUI的设计可以对PDE工具箱中的函数进行回调[6-7],进而集成化地实现对渗流力学中各渗流模型的仿真模拟,增强可视化效果,方便可视化教学的推广。Matlab GUI(Graphic User Interface)指的是Matlab中支持的图形用户界面设计,其设计原理和VB(Visual Basic)的类似,通过在界面中添加控件来实现对图形界面设计,然后通过在控件中添加回调函数来实现控件的一定功能[6-7],由于其具有较好的可视化功能和较高的计算精度,因而广泛地应用于高等数学[8-9]、概率论与数理统计[10-11]、基础物理[12-16]和信号处理等课程,光学信息处理实验[14]、工程力学实验[7,17]、电力电子电路仿真实验[6]和计算机过程控制仿真实验[18-19]等实验的教学中,教学效果良好。1编程依据的渗流力学原理地层中的流体在多孔介质中的渗流按照压力场的空间分布是否随时间变化可以分为两类:稳定渗流和非稳定渗流。稳定渗流指的是流体在地层中渗流的过程中,压力在空间上的分布不随时间的变化而变化;而对于非稳定渗流,流体在地层中渗流的过程中压力在空间上的分布是随着时间的变化而变化的。对于刚性不可压缩流体,其在多孔介质中的渗流运动为稳定渗流,描述压力场分布的偏微分方程为[20-21]:2px2+2py2+2pz2=0(1)对于弹性微可压缩流体,其在微弹性多孔介质中的渗流运动为非稳定渗流,描述压力场分布的偏微分方程为[20-21]:2px2+2py2+2pz2=1KμCtpt(2)式中,p,K,μ,Ct,t分别为压力,渗透率,黏度,综合压缩系数和时间。要想求解上述偏微分方程,还需要一定的定解条件,对于式(1),只需要边界条件即可,而对于式(2)则需要边界条件和初始条件。边界条件分为3类,第1类边界条件为定压边界条件,对应定压生产或恒压注水的工作制度和供给压力恒定的供给边界;第2类边界条件为封闭边界条件,对应断层、尖灭等流体不可渗透的地质构造;第3类边界条件为定产边界条件,对应定产量生产或者注水量恒定的工作制度,它们的数学表达式分别如下[22]:定压边界条件为pw=const(3)pe=const(4)封闭边界条件为p=0(5)定产边界条件为KAμp=Q(6)式中pw、pe、A、Q分别为井底流压、供给压力、渗流截面积和产量或注入量。2功能模块简介2.1整体设计思路渗流力学虚拟仿真实验平台分为4个模块,共11个模型。4个模块从简单到复杂,分别为:单井渗流模块、双井渗流模块、井网渗流模块和复杂井渗流模块。各模块下具有若干个渗流力