【技术实现步骤摘要】
0 0]T
；p
m
为岩石基质孔隙流体压力；
[0018]基质岩体中流体渗流连续性方程为：
[0019][0020]式中，α
m
为Biot系数；φ
m
岩石基质孔隙度；K
s
固体岩石体积模量；K
l
流体体积模量；p
m
为岩石基质孔隙流体压力；t时间；I
m
为单位张量，二维情况下为[1 1 0]T
，三维情况下为[1 1 1 0 0 0]T
；ε应变张量；ρ
l
为流体密度；为散度算子；k
m
基质渗透率张量；μ流体粘度；g为重力加速度向量；Q汇源项；
[0021]在裂缝壁面上建立局部坐标系，用x表示沿裂缝长度方向，用y表示沿裂缝高度方向，裂缝宽度较小，忽略沿垂直于裂缝壁面方向上的流动，裂缝内流体流动的连续性方程表示为：
[0022][0023]式中，v
x
、v
y
表示酸液流速；w为裂缝宽度；t时间；
[0024][0025]式中，v
x
、v
y
裂缝壁面局部坐标x、y的方向流体速度；w裂缝宽度；μ流体粘度；P
f
裂缝内流体压力；
[0026]将(4)带入(3)，得到：
[0027][0028]酸蚀裂缝内酸液浓度方程为：
[0029][0030]裂缝壁面上局部反应方程可用溶蚀速度R
r
(C
s
)表示...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种循缝找洞酸压数值模拟方法，其特征在于，包括如下步骤：建立应力
‑
流动
‑
酸岩反应耦合数学模型：建立应力
‑
流动
‑
酸岩反应耦合控制方程，设置初始条件、边界条件；采用最大应变能释放率准则，对裂纹扩展进行判断；采用加权余量法将控制方程、边界条件结合，得到控制方程的等效积分弱形式；采用扩展有限元法对控制方程进行离散，得到扩展有限元离散方程；建立含天然裂缝、溶洞的物理模型；基于扩展有限元离散方程，对所述物理模型进行计算。2.根据权利要求1所述的循缝找洞酸压数值模拟方法，其特征在于，所述初始条件包括初始时刻位移、初始时刻孔隙流体压力。3.根据权利要求2所述的循缝找洞酸压数值模拟方法，其特征在于，所述边界条件包括边界上的位移、流体压力、应力、流量、酸液浓度。4.根据权利要求3所述的循缝找洞酸压数值模拟方法，其特征在于，建立应力
‑
流动
‑
酸岩反应耦合数学模型的步骤如下：建立应力
‑
流动
‑
酸岩反应耦合控制方程：岩石骨架受力方程，对其采用应力平衡方程进行描述：式中，为散度算子；σ为柯西应力张量；ρ
l
为流体密度；g为重力加速度向量；σ'为有效应力；；α
m
为Biot系数；I
m
为单位张量，二维情况下为[110]
T
，三维情况下为[1 1 1 0 0 0]
T
；p
m
为岩石基质孔隙流体压力；基质岩体中流体渗流连续性方程为：式中，α
m
为Biot系数；φ
m
岩石基质孔隙度；K
s
固体岩石体积模量；K
l
流体体积模量；p
m
为岩石基质孔隙流体压力；t时间；I
m
为单位张量，二维情况下为[1 1 0]
T
，三维情况下为[1 1 1 0 0 0]
T
；ε应变张量；ρ
l
为流体密度；为散度算子；k
m
基质渗透率张量；μ流体粘度；g为重力加速度向量；Q汇源项；在裂缝壁面上建立局部坐标系，用x表示沿裂缝长度方向，用y表示沿裂缝高度方向，裂缝宽度较小，忽略沿垂直于裂缝壁面方向上的流动，裂缝内流体流动的连续性方程表示为：式中，v
x
、v
y
表示酸液流速；w为裂缝宽度；t时间；式中，v
x
、v
y
裂缝壁面局部坐标x、y的方向流体速度；w裂缝宽度；μ流体粘度；P
f
裂缝内流体压力；
将(4)带入(3)，得到：酸蚀裂缝内酸液浓度方程为：裂缝壁面上局部反应方程可用溶蚀速度R
r
(C
s
)表示为：k
g
(C
a
‑
C
s
)＝R
r
(C
s
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)其中，式中，C
a
裂缝内酸液浓度；C
s
裂缝壁面酸液浓度；v
x
、v
y
表示酸液流速；w裂缝宽度；t时间；k
g
传质系数；μ流体粘度；R气体常数；T温度；对于不同的岩石矿物，x1、x2、x3取不同的值；P
f
裂缝内流体压力；酸蚀裂缝宽度变化方程为：式中，β
i
为酸液对白云岩/石灰岩的溶解能力，下标i分别表示白云岩/石灰岩；ρ
i
表示白云岩/石灰岩的密度；φ表示孔隙度；R
r
(C
s
)表示酸液对白云岩/石灰岩的溶蚀速度；w为裂缝宽度；t时间；初始时刻位移、孔隙流体压力通过初始条件给出：式中，u为位移，u0为初始时刻位移，p
m
为孔隙流体压力，为初始时刻孔隙流体压力；边界上的位移、流体压力、应力、流量、酸液浓度通过强制边界条件给出：式中，u为位移，为位移边界；p
m
为孔隙流体压力，为流体压力边界；σ为应力，n为裂缝壁面向量，为应力边界上施加的已知力，t为时间；k
m
为基质渗透率张量，μ为流体粘度，为流体流量边界上施加的已知流量，ρ
l
为流体流量边界上已知的流体密度；C为酸液浓度。Γ
D
为位移边界，Γ
p
为流体压力边界，Γ
t
为应力边界，Γ
q
为流体流量边界；裂缝表面受到裂缝内的压力为：
式中，σ为应力，为裂缝两个壁面垂向单位向量，p
f
为裂缝内流体压力，为裂缝两个壁面；裂缝边界处的孔隙流体压力连续，在裂缝边界与基质之间存在流体交换：式中，p
m
为岩石基质孔隙流体压力；p
f
为为裂缝内流体压力；k
m
基质渗透率张量；μ流体粘度；为裂缝两个壁面垂向单位向量；q为流量；ρ为流体密度；为裂缝两个壁面；采用最大应变能释放率准则，对裂纹扩展进行判断；采用加权余量法将控制方程、边界条件结合，得到控制方程的等效积分弱形式：基质岩体中流体渗流连续性方程(2)的等效积分“弱”形式为：式中，w为裂缝宽度；α
m
为Biot系数；φ
m
岩石基质孔隙度；K
s
固体岩石体积模量；K
w
流体体积模量；p
m
为岩石基质孔隙流体压力；t时间；I
m
为单位张量，二维情况下为[1 1 0]
T
，三维情况下为[1 1 1 0 0 0]
T
；ε应变张量，k
m
基质渗透率张量；μ流体粘度；Q汇源项；ρ为流体密度；为流体流量边界上施加的已知流量；裂缝内流体流动连续性方程(5)的等效积分“弱”形式表示为：式中，w裂缝宽度；t时间；μ流体粘度；p
f
为裂缝内孔隙流体压力；ρ为流体密度；为流体流量边界上施加的已知流量；将基质岩体中流体渗流连续性方程的等效积分弱形式(14)和裂缝内流体流动连续性
方程的等效积分“弱”形式(15)相加，以消除基质和裂缝之间的流体交换项，得到：采用扩展有限元法对控制方程进行离散，得到扩展有限元离散方程的步骤如下：采用扩展有限单元法近似逼近，其中位移可表示为：式中，u为位移；N
i
、N
j
、N
k
、N
h
插值函数；u
a
常规位移节点自由度，u
b
裂纹面贯穿单元节点的额外位移自由度，u
c
裂纹前缘单元节点的额外位移自由度，u
d
为溶洞加强节点的额外位移自由度；H(x)为裂纹面函数：线增函数R
α
(x)定义为：溶洞加强函数R(x)定义为：位移表达式(17)中的函数ψ(x)定义为：将扩展有限元位移场逼近模式带入虚功方程，离散得到应力平衡扩展有限元控制方程：Ku＝F
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(22)其中，K为整体劲度矩阵；F为等效载荷列阵；u为位移；同理可得到孔隙压力的加强模式：式中，p为孔隙压力；N
i
、N
j
、N
k
插值函数；p
a
常规压力节点自由度，p
b
裂纹面贯穿单元节点的额外压力自由度，p
c
裂纹前缘单元节点的额外压力自由度；H(x)为裂纹面函数；R
α
(x)为线
增函数；将扩展有限元压力场模式带入基质
‑
裂缝渗流的等效积分“弱”形式，则流体渗流的扩展有限元控制方程为：其中，H
m
和H
f
分别为基质流体整体渗流矩阵和裂缝流体整体渗流矩阵；D
m
和D
f
分别为基质整体压缩性矩阵和裂缝整体压缩性矩阵；p为压力矩阵；F为等效载荷列阵；水力裂缝宽度w的表达式为：w＝TN
c
d
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(25)其中，w为水力裂缝宽度；T为局部坐标和整体坐标的转换矩阵；N
c
为节点的形函数；d为单元节点参数矩阵；建立含天然裂缝、溶洞的物理模型：孔洞内弹性模量、泊松比等材料参数设置为零，同时设置位移逼近为零；基于扩展有限元离散方程，对所述物理模型进行计算。5.一种循缝找洞酸压数值模拟系统，其特征在于，包括应力
‑
...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵海洋，耿宇迪，焦克波，李新勇，罗志峰，张俊江，鄢宇杰，秦飞，李春月，侯帆，纪成，黄燕飞，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司西北油田分公司，
类型：发明
国别省市：
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