基于扩展有限元的页岩水力压裂数值模拟

考虑裂缝内流体流动和周围岩石应力变形,建立了页岩人工裂缝扩展的数学模型,分别采用有限元和扩展有限元求解裂缝流场和岩石应力场,并通过Picard迭代方法耦合求解,计算结果与经典模型结果吻合,验证了模型正确性.在此基础上,分析了岩石弹性模量、Poisson(泊松)比和注入速度对裂缝几何形态的影响以及水力裂缝任意角度逼近天然裂缝扩展动态.结果表明:弹性模量和注入速度对裂缝形态具有重要影响,而Poisson比对裂缝形态影响较小;随着页岩脆性增高,压裂裂缝趋于"长窄型"扩展;地应力差和逼近角越大,水力裂缝越易贯穿天然裂缝;水力裂缝与天然裂缝相交处裂缝宽度存在相对较大的降低;扩展有限元方法避免了计算过程中的网格重构与网格加密,减少了计算量,该模型可以为页岩压裂设计提供理论指导.     

页岩气藏压裂缝网扩展数值模拟

为探究页岩气藏水力压裂复杂裂缝网络的形成机理,开展了缝网扩展的数值模拟研究.考虑应力阴影和天然裂缝作用,建立了井筒和裂缝中流体流动模型,利用位移不连续方法求解应力与位移不连续量,然后构建了压力与裂缝宽度的迭代方程,并采用牛顿迭代法求解.通过比较数值解经典模型解析解,验证了模型和迭代解法的正确性.多簇裂缝同步扩展时裂缝间距越小,压裂液分配到各条裂缝越不均匀,靠近井筒跟部的裂缝的分流量越大,从而裂缝宽度越大;考虑天然裂缝作用时,逼近角越小或者应力各向异性越弱,水力裂缝越容易发生转向扩展,裂缝网络越复杂.      

基于ADI-FDTD模拟的岩石核磁共振横向弛豫特征分析

将复杂的骨架-孔隙系统抽象成等效双孔介质,根据Bloch方程构建数学模型,用交替隐式时域有限差分(ADI-FDTD)和联合反演迭代法(SIRT)进行横向宏观磁化矢量的数值模拟与核磁共振T₂谱的反演,定量研究扩散系数、弛豫速率、孔隙组分比和孔隙宽度对核磁响应的影响.结果表明:横向宏观磁化矢量衰减速率与扩散系数和微孔隙分量成正比,与孔隙宽度成反比,与表面弛豫速率基本无关.当扩散系数较大、孔隙宽度较小时,核磁共振T₂谱难以直观反映孔隙组分及孔隙结构.应用核磁共振评价孔隙结构时需特别注意扩散系数和孔隙尺寸的影响.