[发明专利]基于纳米颗粒碰撞接触模型的封堵页岩孔喉仿真模拟方法

权利要求书

1.基于纳米颗粒碰撞接触模型的封堵页岩孔喉仿真模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤(1)对页岩孔喉结构进行表征，多点统计给出其主体结构特征，构建页岩孔喉结构模拟体；根据纳米颗粒和钻井流体相关参数形成封堵颗粒群，设定所述模拟体的边界条件及初始条件；

步骤(2)采用网格单元法进行颗粒接触判断，确定纳米颗粒间接触关系；基于纳米颗粒碰撞接触模型和流固耦合模型，并根据牛顿第二定律，建立随钻井液运移纳米颗粒的运动方程；

步骤(3)采用动态松弛法求解所述运动方程，计算每一时步纳米颗粒参数；设定颗粒堵卡孔喉准则，判断纳米颗粒是否形成稳定封堵；

步骤(4)当纳米颗粒不满足颗粒堵卡孔喉准则时，重复步骤(2)-(3)；当纳米颗粒满足堵卡孔喉准则后，完成颗粒封堵模拟；根据颗粒封堵效果评价体系，对纳米颗粒封堵页岩孔喉效果进行评价分析；

所述步骤(1)中，页岩孔喉结构模拟体的构建包括：

1)形成岩块实体：选取设定尺寸的页岩微元，在所述边界条件内随机生成大量细小颗粒并形成压实堆积体；

2)构建页岩孔喉结构：根据地层孔隙结构特征参数，在岩块实体内删除孔喉结构形状内的颗粒，形成页岩孔喉结构模拟体。

2.根据权利要求1所述的基于纳米颗粒碰撞接触模型的封堵页岩孔喉仿真模拟方法，其特征在于，三维条件下的页岩孔缝结构模拟体由球形颗粒组成，二维条件下的页岩孔缝结构模拟体由圆盘组成。

3.根据权利要求1所述的基于纳米颗粒碰撞接触模型的封堵页岩孔喉仿真模拟方法，其特征在于，所述步骤(2)中，纳米颗粒碰撞接触模型为：

其中，F_particle-n、F_particle-s分别为颗粒间法向和切向接触力，δ_n、δ_s分别为颗粒间法向和切向相对位移量，η_n、η_s分别为颗粒法向和切向阻尼系数，V_n、V_s分别为颗粒间法向和切向相对速度，E^*、G^*分别为颗粒有效弹性模量和有效剪切模量，r_p^*为颗粒有效半径，a为颗粒间接触面半径，Δγ为颗粒间表面自由能，A为颗粒间粘结半径，分别为平行粘结法向和切向刚度，μ为颗粒摩擦系数，n、s分别为单位法向和单位切向矢量。

4.根据权利要求1所述的基于纳米颗粒碰撞接触模型的封堵页岩孔喉仿真模拟方法，其特征在于，所述步骤(2)中，流固耦合模型为：

其中，φ为流体网格内流体所占体积分数，为压力梯度，μ_f为流体动力粘度，v_f为流体流速，ρ_fluid为流体密度，g为重力加速度，f_int为流体网格内颗粒对流体的平均反作用力矢量。

5.根据权利要求4所述的基于纳米颗粒碰撞接触模型的封堵页岩孔喉仿真模拟方法，其特征在于，流体网格内颗粒对流体的平均反作用力矢量表示为：

其中，V_cell为数值模拟计算中所划分的流体网格单元体积，F_fluid,i为流体网格单元内第i个颗粒所受的流体作用力合力，M为流体网格单元内所含的颗粒个数。

6.根据权利要求1所述的基于纳米颗粒碰撞接触模型的封堵页岩孔喉仿真模拟方法，其特征在于，所述步骤(2)中，随钻井液运移封堵颗粒的运动方程为：

其中，m_p为封堵颗粒质量，v_p为颗粒速度，F_fluid为颗粒所受流体作用力，M_p为颗粒弯矩，I为封堵颗粒转动惯量，ω_p为颗粒的旋转角速度，F_particle为颗粒间作用力，F_g为颗粒重力。