基于数值流形法的水力压裂形成机理研究

本项目密切结合水力压裂的工程背景，用数值流形法（Numerical Manifold Method）研究水力压裂工程中复杂裂隙的形成机理，进而开发新一代水力压裂软件原型，主要的应用是设计和解释包括致密砂岩、煤层气和页岩气增产中的水力压裂，潜在的应用是水力压裂后对产气的描述和估计。研究的主要内容包括：结合统计学和几何拓扑学生成三维不连续块体；分析三维多孔介质可压缩多相流动，建立合适的流体力学模型；把流体力学模型和数值流形法耦合起来，分析耦合后数值方法的收敛性和可靠性；分析在建模过程中生成的矩阵，优化求解过程，实现平行计算，提高计算速度；基于实际水力压裂工程数据，对所提出的方法进行验证，对参数进行优化。

本课题基于数值流形法的子方法非连续变性分析方法，编写了水力压裂的模拟程序，对一系列问题进行了研究：包括流体模型的建立，方程组求解，流固耦合方法的研究，岩石断裂准则的选取，并进行了检测，将数值解与解析解进行了对比，对天然裂隙与水力压裂裂隙的相互影响进行了研究，并对数值方法的参数敏感性进行了研究，指出了非连续变形分析方法在水力压裂应用上的优势和不足。