[发明专利]一种流体驱动多孔弹性岩体裂缝动态扩展的并行计算方法

说明书

本发明公开了一种流体驱动多孔弹性岩体裂缝动态扩展的并行计算方法，包括：根据基于OpenMP的有限元法多线程并行计算多孔弹性岩体的固体变形，获得固体变量；根据基于OpenMP的有限体积法多线程并行计算流体流动，获得流体变量；通过迭代，获得稳定状态下的固体变量和流体变量；稳定状态中固体变量和流体变量大于断裂准则时，多孔弹性岩体发生流体驱动拉伸和剪切裂缝扩展；根据离散元法计算多孔弹性岩体的流体驱动拉伸和剪切裂缝扩展，基于计算结果更新流体驱动压裂裂缝网络，并获得流体驱动压裂裂缝网络的形态。本发明的并行有限元‑离散元‑有限体积法，能有效地提高计算效率，相比其他数值方法可更高效地模拟岩体裂缝扩展过程。

技术领域

本发明涉及岩石力学与工程技术领域，特别是涉及一种流体驱动多孔弹性岩体裂缝动态扩展的并行计算方法。

背景技术

开采深部致密油气储层中的非常规油气藏主要的开采手段是大规模的水力压裂、超临界二氧化碳压裂等流体驱动压裂形成压裂缝网的工程技术，数值模拟可以较为有效地模拟流体驱动裂缝的起裂和扩展的全部动态过程。由于流体驱动多孔弹性岩体裂缝扩展过程涉及到多物理场、多尺度断裂等复杂过程，导致目前针对流体驱动压裂过程的数值模拟方法往往具有一定局限性，无法完全高效、可靠地模拟裂缝的起裂和扩展：(1)多物理场耦合分析方面，相对准确地模拟流体驱动压裂中的流-固耦合效应可以更加准确的模拟岩体裂缝扩展行为，流体和固体的物理场耦合以及动态演化过程分析使得分析过程复杂、计算过程耗时；(2)工程尺度模型分析方面，在传统的串行计算方法在求解岩体裂缝扩展问题时有一定的局限性，在进行工程尺度的数值模拟时往往需要数周乃至数月的时间，这样的计算效率无法满足实际工程需要。因此，开发有效的并行计算方法和方案成为实际工程中的需求。

发明内容

由于高效、可靠的数值方法和模拟技术的需求，及针对深部致密岩体的多物理场耦合、多尺度断裂行为、工程尺度储层体积压裂实施等复杂因素，对计算方法的精确性、高效性、适用性等均提出较高要求。本发明研究发展已经建立的岩体体积压裂有限元-离散元-有限体积方法与断裂准则，对固体变形、流体压力、单元连接与分离等计算过程构建基于OpenMP的并行计算方案。本发明的目的是提供一种流体驱动多孔弹性岩体裂缝动态扩展的并行计算方法，以解决上述现有技术存在的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种流体驱动多孔弹性岩体裂缝动态扩展的并行计算方法，包括：

根据基于OpenMP的有限元法多线程并行计算多孔弹性岩体的固体变形，获得固体变量；

根据基于OpenMP的有限体积法多线程并行计算流体流动，获得流体变量；

通过迭代，获得稳定状态下的所述固体变量和所述流体变量；

基于所述稳定状态，所述固体变量和所述流体变量大于断裂准则时，多孔弹性岩体发生流体驱动拉伸和剪切裂缝扩展；

根据离散元法计算多孔弹性岩体的流体驱动拉伸和剪切裂缝扩展，基于计算结果更新水力压裂裂缝网络，并获得水力压裂裂缝网络的形态。

可选的，根据基于OpenMP的有限元法多线程并行计算多孔弹性岩体的岩体变形，获得固体变量之前，所述方法还包括：根据所述多孔弹性岩体建立数值模型，进行网格划分，基于流-固耦合方程将多孔弹性介质转换为固体有限元模型和流体有限体积模型。

可选的，根据基于OpenMP的有限元法多线程并行计算多孔弹性岩体的岩体变形，获得固体变量的过程中包括：通过所述有限元法计算固体变形的过程中，使用了OpenMP并行化来计算，获得固体变量，所述固体变量包括位移、速度和加速度。

可选的，所述使用了OpenMP并行化来计算的过程中，还包括：构建动力学惯量影响的平衡方程：