[發(fā)明專利]一種實(shí)時(shí)定量化表征纖維封堵巖石孔隙的數(shù)值模擬方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110928502.0
• 申請日: 2021-08-13
• 公開（公告）號: CN113704982A
• 公開（公告）日: 2021-11-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊現(xiàn)禹;蔣國盛;蔡記華;代釗愷;魏朝暉;薛曼;李智;李子碩
• 申請（專利權(quán)）人: 中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F111/10;G06F119/02
• 代理公司: 貴州派騰知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 52114
• 代理人: 周黎亞

1.一種實(shí)時(shí)定量化表征纖維封堵巖石孔隙的數(shù)值模擬方法，其特征在于：以鉆井液為液相，以纖維為固相，纖維隨鉆井液流動(dòng)，基于CFD-DEM耦合方法模擬鉆井液中纖維對水平井和垂直井中孔隙的封堵，其中包括，

孔隙設(shè)定，所述孔隙設(shè)定中包括設(shè)置至少一條彎折的孔道，孔道的兩端分別為入口和出口，且孔道的孔徑在出口處縮小形成孔隙；

鉆井液設(shè)定，所述鉆井液設(shè)定中包括鉆井液粘度設(shè)置，鉆井液粘度采用鉆井液濾液的粘度；

纖維設(shè)定，所述纖維設(shè)定包括纖維幾何模型、纖維受力模型和纖維彎折單元，其中：

所述纖維幾何模型為多個(gè)順序連接的球圓柱體，纖維未發(fā)生彎折變形時(shí)，多個(gè)相同的球圓柱體沿著一條直線依次連接形成一根纖維，且相鄰的兩個(gè)球圓柱體的球面中心重合，相鄰的兩個(gè)球圓柱體的圓柱面軸線同軸；

所述纖維受力模型包括纖維法向接觸力模型、切向接觸力模型和法向粘附接觸力模型，以及纖維受鉆井液粘滯力作用產(chǎn)生的流動(dòng)阻力模型；

所述纖維彎折單元由兩個(gè)相鄰的球圓柱體組成，當(dāng)纖維與鉆井液或另一纖維相互作用發(fā)生彎折變形時(shí)，纖維彎折單元中兩個(gè)相鄰的球圓柱體發(fā)生相對運(yùn)動(dòng)，相鄰的兩個(gè)球圓柱體的球面中心產(chǎn)生位移，相鄰的兩個(gè)球圓柱體的圓柱面軸線產(chǎn)生角位移。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種實(shí)時(shí)定量化表征纖維封堵巖石孔隙的數(shù)值模擬方法，其特征在于：所述纖維設(shè)定還包括纖維注入方式、纖維運(yùn)動(dòng)方向和纖維運(yùn)動(dòng)模式，其中，

所述纖維注入方式為在孔道入口處隨機(jī)注入；

所述纖維運(yùn)動(dòng)方向?yàn)樵诳椎廊肟谔庪S機(jī)方向；

所述纖維運(yùn)動(dòng)模式包括平移和旋轉(zhuǎn)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種實(shí)時(shí)定量化表征纖維封堵巖石孔隙的數(shù)值模擬方法，其特征在于：所述鉆井液設(shè)定中還包括鉆井液流動(dòng)模式的設(shè)置，鉆井液流動(dòng)模式為層流。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種實(shí)時(shí)定量化表征纖維封堵巖石孔隙的數(shù)值模擬方法，其特征在于：還包括模擬計(jì)算在不同流體物理性能下，不同纖維材料參數(shù)對孔隙封堵效率和鉆井液侵入量的影響，其中，

所述流體物理性能包括不同數(shù)值的鉆井液濾液粘度；

所述纖維參數(shù)包括纖維長徑比、纖維直徑、纖維濃度、纖維密度、硬度和纖維泊松比。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種實(shí)時(shí)定量化表征纖維封堵巖石孔隙的數(shù)值模擬方法，其特征在于：

所述孔隙封堵效率為進(jìn)入水平井和垂直井孔隙的纖維總量；

所述鉆井液侵入量為通過水平井和垂直井孔隙出口的鉆井液體積。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種實(shí)時(shí)定量化表征纖維封堵巖石孔隙的數(shù)值模擬方法，其特征在于：

所述孔隙設(shè)定中，孔道與鉆井液、纖維接觸的壁面邊界網(wǎng)格采用楔形網(wǎng)格，其余主體部分為四面體網(wǎng)格，且從孔道入口處到孔道出口處，網(wǎng)格逐漸致密；

所述鉆井液設(shè)定中，鉆井液與孔道壁面、纖維接觸的邊界網(wǎng)格采用楔形網(wǎng)格，其余主體部分為四面體網(wǎng)格；

所述纖維設(shè)定中，纖維與鉆井液、孔道壁面接觸的邊界網(wǎng)格采用楔形網(wǎng)格，其余主體部分為四面體網(wǎng)格。