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基于扩展有限元的页岩水力压裂数值模拟
  • ISSN号:1000-0887
  • 期刊名称:《应用数学和力学》
  • 时间:0
  • 分类:O346.1[理学—固体力学;理学—力学] O242.21[理学—计算数学;理学—数学]
  • 作者机构:[1]中国石油大学(华东)石油工程学院,山东青岛266580
  • 相关基金:国家自然科学基金(51234007); 长江学者和创新团队发展计划(IRT1294); 中央高校基本科研业务费专项资金(11CX05005A)
作者: 曾青冬, 姚军
中文摘要:

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.

英文摘要:

In viewof fluid flowin cracks and rock deformation,the mathematical model for shale hydraulic crack propagation was established.The crack flowfield and the rock stress field were solved with the finite element method and the extended finite element method respectively,and the two fields were coupled through the Picard iteration.The presented model gave results consistent with those of the classic model,which verified correctness of the former.Based on the model,the effects of the rock elasticity modulus,Poisson's ratio and injection rate on the crack geometry,and the dynamic process of a hydraulic crack approaching a natural crack at an arbitrary angle,were simulated.The numerical results showthat the elasticity modulus and injection rate have significant influence on the crack geometry,while the Poisson's ratio has little effect:the more brittle the shale is,the longer and narrower the hydraulic crack will grow:the greater the principal stress difference and the approaching angle are,the easier the hydraulic crack crosses the natural crack:there is a relatively large decrease in the crack width at the intersection between a hydraulic crack and a natural crack:the extended finite element method avoids mesh reconstruction and refinement during computation,and reduces the computing time.The presented model provides an effective theoretical tool for the shale fracturing design.

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期刊信息
  • 《应用数学和力学》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:重庆交通大学
  • 主办单位:重庆交通大学
  • 主编:钟万勰
  • 地址:重庆南岸区重庆交通大学90信箱
  • 邮编:400074
  • 邮箱:applmathmech@cqjtu.edu.cn
  • 电话:023-62652450
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-0887
  • 国内统一刊号:ISSN:50-1060/O3
  • 邮发代号:78-21
  • 获奖情况:
  • 国际工程索引(EI)收录期刊,我国力学类核心期刊,中国期刊方阵“双效”期刊
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国数学评论(网络版),日本日本科学技术振兴机构数据库,美国应用力学评论,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:8965