[發明專利]一種考慮水冷沖擊作用的干熱巖水力裂縫擴展計算方法

在審

• 申請號: 202211333375.0
• 申請日: 2022-10-28
• 公開（公告）號: CN115630509A
• 公開（公告）日: 2023-01-20
• 發明（設計）人: 薛熠;劉帥;劉嘉;王林潮;梁鑫;白雪
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/28;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 劉娜

1.一種考慮水冷沖擊作用的干熱巖水力裂縫擴展計算方法，其特征在于，具體按照以下步驟實施：

步驟1、收集干熱巖地熱儲層的物理參數、擬注入的壓裂液參數和工程參數；

步驟2、根據工程參數，利用COMSOL繪制擬模擬壓裂的巖體形狀，得到計算域，并利用MATLAB實現巖石非均勻性的Weibull分布；

步驟3、對計算域添加熱-流-固多物理場，建立相互的耦合關系，形成熱-流-固多物理場耦合模型；

步驟4、對熱-流-固多物理場耦合模型進行全耦合計算，將結果導入MATLAB進行損傷變量計算；

步驟5、將損傷變量導入COMSOL中計算損傷對各參數的影響，并重復步驟4，直到該注入壓力下損傷變量不再增加，即損傷穩定；

步驟6、增加注入壓力p_inj，重復步驟4、5進行循環計算，直至巖體完全破裂即可停止計算，即可確定壓裂結束時裂隙擴展形態。

2.根據權利要求1所述的一種考慮水冷沖擊作用的干熱巖水力裂縫擴展計算方法，其特征在于，所述步驟1中，物理參數包括：最大水平主應力、最小水平主應力、巖石彈性模量、巖石泊松比、巖石抗拉強度、巖石孔隙度、巖石密度、地層原始溫度、巖石滲透率、巖石熱膨脹系數、巖石導熱系數、巖石比熱容、巖石非均質系數、巖石傳熱系數；壓裂液參數包括：壓裂液黏度、壓裂液密度、壓裂液導熱系數、壓裂液比熱容、壓裂液溫度；工程參數包括：井筒直徑和井間距。

3.根據權利要求1所述的一種考慮水冷沖擊作用的干熱巖水力裂縫擴展計算方法，其特征在于，所述步驟3中，熱-流-固多物理場耦合模型方程為：

固體力學方程：

式中，μ和λ為拉梅常數；α為Biot系數；α_T為巖石的熱膨脹系數；K為巖石的排水體積模量，K＝(2μ+3λ)/3；u_i和F_i分別為體力和位移在i方向的分量，其中p_,i和T_,i為孔隙壓力和溫度在i方向的分量；-αp_,i為有效孔隙壓力作用項；-Kα_TT_,i為熱應力項；

流體流動方程：

式中，ρ_l為流體的密度；ε_v為體積應變；φ為巖體孔隙率，其中φ₀為初始孔隙度，φ_r為強應力狀態下的殘余孔隙度，α_φ為孔隙度對應力的敏感系數，為平均有效應力；β_l為流體的壓縮系數；k為巖體的滲透率；μ_l為流體的動力黏滯系數；為梯度算子；為孔隙壓力梯度；Q_m為流體的源匯項；α_l為流體的熱體積膨脹系數；為應力作用項；為溫度作用項；

傳熱方程：

式中，(ρC)_eff＝ρ_sC_s(1-φ)+ρ_lC_lφ和λ_eff＝λ_s(1-φ)+λ_lφ分別表征干熱巖的等效體比熱容和導熱系數，其中λ_s和C_s分別為巖體的導熱系數和比熱容，C_l和λ_l分別為流體的比熱容和導熱系數；Q_T為對流熱通量，Q_T＝h(T_ext-T)，h為對流換熱系數，T_ext為外部溫度；為熱彈性阻尼項，為流速影響的熱對流項；

水冷沖擊作用對巖石力學參數的劣化：

彈性模量：E(ΔT)＝E(T₀)(1.348-0.347e^0.00215ΔT)

抗拉強度：f_t(ΔT)＝f_t(T₀)(1.31-0.31e^0.002Δ^T)

式中，E(T₀)和f_t(T₀)分別為初始彈性模量和抗拉強度；降溫幅度ΔT＝T₀-T，T₀為巖石壓裂前的初始溫度，T為巖石受水冷沖擊后的溫度。