一种水力压裂中流固耦合问题数值模拟的构建方法技术

本发明专利技术提供了一种水力压裂中流固耦合问题数值模拟的构建方法，包括以下步骤：a)采用显示算法求解固体问题，包括节点加速度、节点速度、节点位移；b)采用隐式算法求解流体问题，包括流量和压力；c)采用裂缝带模型分别计算流体流场对固体应力场的作用和固体应力场对流体流场的作用，从而实现流固耦合计算。本发明专利技术为水力压裂技术中流固耦合数值模拟问题提供了一种有效的数值算法，该算法能够高效地解决目前水力压裂数值模拟中流固耦合计算的不稳定性问题；以此建立的数值计算平台能够简单高效地实现不同工况的数值模拟，易于推广应用于实际页岩气开采工程计算与分析。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种水力压裂中流固耦合问题数值模拟的构建方法。
技术介绍
水力压裂作为一种常规技术被广泛应用于页岩气开采领域，其发展直接影响着页岩气开采的产量和经济效应。高效准确地预测水力压裂过程对于充分理解和掌握其中关键力学问题、发展和创新更先进的水力压裂技术，从而提高页岩气开采效率和产量有着极其重要的作用。水力压裂过程十分复杂，涉及到流体压力引起的裂缝萌生和扩展、裂缝内流体压力引起的固体变形、裂缝内流体流动等关键问题。在实际工程中还需考虑岩体中的天然裂缝、多层岩理结构、地应力分布、裂缝中流体的渗漏、支撑剂运输和裂缝闭合等力学机理。这些现象和力学机理本身及其之间相互耦合作用使得水力压裂过程更加复杂。因此，随着计算机水平的发展，采用大规模数值方法模拟是研究具有复杂力学机制水力压裂过程的有效手段。目前被广泛采用的水力压裂数值计算方法包括基于连续介质力学方法的有限元法、扩展有限元法、边界元法和位移不连续法，以及基于非连续介质力学方法的离散元法等。由于传统的有限元法能够有效的模拟水力压裂在非均质岩石中的扩展，在解决非线性问题和复杂受力状态问题具有极大的优势，大量基于传统有限元法的数值模型被本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水力压裂中流固耦合问题数值模拟的构建方法，其特征在于，包括以下步骤：a)采用显示算法求解固体问题，包括节点加速度、节点速度、节点位移；b)采用隐式算法求解流体问题，包括流量和压力；c)采用裂缝带模型分别计算流体流场对固体应力场的作用和固体应力场对流体流场的作用，从而实现流固耦合计算。

【技术特征摘要】
1.一种水力压裂中流固耦合问题数值模拟的构建方法，其特征在于，包括以下步骤：a)采用显示算法求解固体问题，包括节点加速度、节点速度、节点位移；b)采用隐式算法求解流体问题，包括流量和压力；c)采用裂缝带模型分别计算流体流场对固体应力场的作用和固体应力场对流体流场的作用，从而实现流固耦合计算。2.如权利要求1所述的一种水力压裂中流固耦合问题数值模拟的构建方法，其特征在于，所述步骤a)具体包括：1)根据实际工程问题确定模型参数并录入程序；2)根据应力平衡方程在时间域内，采用显式中心差分法迭代求解，即式中ρ为固体密度，为加速度，α为阻尼系数，为速度，σ为应力张量，f为体力，u为位移，i为迭代步数，Δt为时间步长；通过显示算法求解固体问题，包括节点加速度节点速度节点位移u。3.如权利要求2所述的一种水力压裂中流固耦合问题数值模拟的构建方法，其特征在于，所述步骤b)具体为：根据泊肃叶定律给出的裂缝内流体的流动方程和质量守恒定律给出的裂缝内的流体控...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏业旺，李明耀，
申请(专利权)人：中国科学院力学研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11