[發明專利]基于納米顆粒碰撞接觸模型的封堵頁巖孔喉仿真模擬方法

有效

• 申請號: 201810253412.4
• 申請日: 2018-03-26
• 公開（公告）號: CN108491639B
• 公開（公告）日: 2019-03-29
• 發明（設計）人: 張銳;薄克浩;劉澤華;高東亮;于亞楠;唐逸男
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 趙敏玲

1.基于納米顆粒碰撞接觸模型的封堵頁巖孔喉仿真模擬方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟(1)對頁巖孔喉結構進行表征，多點統計給出其主體結構特征，構建頁巖孔喉結構模擬體；根據納米顆粒和鉆井流體相關參數形成封堵顆粒群，設定所述模擬體的邊界條件及初始條件；

步驟(2)采用網格單元法進行顆粒接觸判斷，確定納米顆粒間接觸關系；基于納米顆粒碰撞接觸模型和流固耦合模型，并根據牛頓第二定律，建立隨鉆井液運移納米顆粒的運動方程；

步驟(3)采用動態松弛法求解所述運動方程，計算每一時步納米顆粒參數；設定顆粒堵卡孔喉準則，判斷納米顆粒是否形成穩定封堵；

步驟(4)當納米顆粒不滿足顆粒堵卡孔喉準則時，重復步驟(2)-(3)；當納米顆粒滿足堵卡孔喉準則后，完成顆粒封堵模擬；根據顆粒封堵效果評價體系，對納米顆粒封堵頁巖孔喉效果進行評價分析；

所述步驟(1)中，頁巖孔喉結構模擬體的構建包括：

1)形成巖塊實體：選取設定尺寸的頁巖微元，在所述邊界條件內隨機生成大量細小顆粒并形成壓實堆積體；

2)構建頁巖孔喉結構：根據地層孔隙結構特征參數，在巖塊實體內刪除孔喉結構形狀內的顆粒，形成頁巖孔喉結構模擬體。

2.根據權利要求1所述的基于納米顆粒碰撞接觸模型的封堵頁巖孔喉仿真模擬方法，其特征在于，三維條件下的頁巖孔縫結構模擬體由球形顆粒組成，二維條件下的頁巖孔縫結構模擬體由圓盤組成。

3.根據權利要求1所述的基于納米顆粒碰撞接觸模型的封堵頁巖孔喉仿真模擬方法，其特征在于，所述步驟(2)中，納米顆粒碰撞接觸模型為：

其中，F_particle-n、F_particle-s分別為顆粒間法向和切向接觸力，δ_n、δ_s分別為顆粒間法向和切向相對位移量，η_n、η_s分別為顆粒法向和切向阻尼系數，V_n、V_s分別為顆粒間法向和切向相對速度，E^*、G^*分別為顆粒有效彈性模量和有效剪切模量，r_p^*為顆粒有效半徑，a為顆粒間接觸面半徑，Δγ為顆粒間表面自由能，A為顆粒間粘結半徑，分別為平行粘結法向和切向剛度，μ為顆粒摩擦系數，n、s分別為單位法向和單位切向矢量。

4.根據權利要求1所述的基于納米顆粒碰撞接觸模型的封堵頁巖孔喉仿真模擬方法，其特征在于，所述步驟(2)中，流固耦合模型為：

其中，φ為流體網格內流體所占體積分數，為壓力梯度，μ_f為流體動力粘度，v_f為流體流速，ρ_fluid為流體密度，g為重力加速度，f_int為流體網格內顆粒對流體的平均反作用力矢量。

5.根據權利要求4所述的基于納米顆粒碰撞接觸模型的封堵頁巖孔喉仿真模擬方法，其特征在于，流體網格內顆粒對流體的平均反作用力矢量表示為：

其中，V_cell為數值模擬計算中所劃分的流體網格單元體積，F_fluid,i為流體網格單元內第i個顆粒所受的流體作用力合力，M為流體網格單元內所含的顆粒個數。

6.根據權利要求1所述的基于納米顆粒碰撞接觸模型的封堵頁巖孔喉仿真模擬方法，其特征在于，所述步驟(2)中，隨鉆井液運移封堵顆粒的運動方程為：

其中，m_p為封堵顆粒質量，v_p為顆粒速度，F_fluid為顆粒所受流體作用力，M_p為顆粒彎矩，I為封堵顆粒轉動慣量，ω_p為顆粒的旋轉角速度，F_particle為顆粒間作用力，F_g為顆粒重力。