[发明专利]一种基于拟连续地质力学模型的单裂缝扩展的模拟方法

摘要

本发明公布了一种基于拟连续地质力学模型的单裂缝扩展的模拟方法，包括：获取地质参数，包括三维地质信息和岩石物性信息；校正岩石物性信息；建立地层三维地质模型；建立有限元流固耦合模型；求解有限元流固耦合方程组，得到三维地质模型的压力场、位移场、应力场和应变场；根据应力强度准则判断是否产生裂缝；得到裂缝宽度、渗透率矩阵和柔度矩阵，进而计算裂缝对压力场和位移场的影响，由此实现基于拟连续地质力学模型的单裂缝扩展的模拟。本发明较现有方法求解迅速、准确度高、可靠性好，且有效解决了水力压裂模拟的过程中裂缝的动态显示问题。

主权项

1.一种基于拟连续地质力学模型的单裂缝扩展的模拟方法，包括如下步骤：A.获取地质参数，包括三维地质信息和岩石物性信息；校正岩石物性信息；建立地层三维地质模型；B.建立有限元流固耦合模型；B1.针对步骤A生成的地层三维地质模型建立流固耦合方程组；B2.用有限元方法在空间上离散流固耦合方程组，使该方程组作用于地层三维地质模型中的每一个六面体单元；B3.通过建立每个单元的流固耦合方程，将三维地质模型包含的所有单元表示为一个有限元流固耦合方程组，从而建立有限元流固耦合模型；C.求解有限元流固耦合方程组，得到三维地质模型的压力场、位移场、应力场和应变场；D.根据应力强度准则判断是否产生裂缝；根据步骤C中计算得到的每个单元的应力值进行判断，当应力大小超过Drucker‑Prager准则要求时，该单元内部产生裂缝，该单元从普通单元变成裂缝单元；E.通过拟连续裂缝模型计算单元产生裂缝的宽度、单元渗透率矩阵和单元刚度矩阵；E1.拟连续裂缝模型包括裂缝本构模型和裂缝对单元刚度和渗透率的影响模型，通过裂缝本构模型计算裂缝的宽度；E2.计算裂缝对单元刚度和渗透率的影响：裂缝对单元的渗透率矩阵和柔度矩阵产生影响，对柔度矩阵求逆得到单元刚度矩阵。F.重复步骤C到E，直至压力场和位移场不再变化。渗透率和刚度的改变使压力场和位移场重新分布；在求得三维地质模型的压力场和位移场后，更新各单元的渗透率矩阵和刚度矩阵，代回三维地质模型，更新压力场和位移场；如此迭代，直至压力场和位移场不再变化，从而实现基于拟连续地质力学模型的单裂缝扩展的模拟。