[发明专利]用于页岩气水力压裂的三维离散元建模和模拟方法

摘要

本发明提供一种用于页岩气水力压裂的三维离散元建模和模拟方法，包括：（1）根据转换公式建立具有特定弹性性质和破坏性质的三维紧密堆积模型；通过颗粒直径正态分布调节和随机堆积，构建整体各向同性随机模型；（2）根据给定的围压调整颗粒的直径；设定颗粒各向异性椭球参数；移动模型边界，调节围压至给定值；最后连接颗粒固结模型，得到具有特定围压和力学性质的各向异性页岩模型；（3）根据需求建立水压孔穴模型和水压边界模型，再通过水颗粒相互挤压产生水压力和应力波，模拟水压裂隙的产生和发展。本发明的方法避免了传统基于连续力学方法的人为影响，能较真实地模拟水压力传播和水力压裂过程，实现页岩气水力压裂的预测。

主权项

一种用于页岩气水力压裂的三维离散元建模和模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）建立随机模型：输入页岩的力学性质以及模型几何参数，根据模型和颗粒大小建立三维六方最紧密堆积的方形模型，并应用转换公式设定颗粒的力学参数；通过颗粒直径正态分布调节和随机堆积，也即通过调整颗粒的直径和无规则堆积，构建微观上随机、且宏观上各向同性的模型，也即整体各向同性随机的模型；（2）建立特定围压各向异性模型：基于步骤（1）所建立的整体各向同性随机的模型，根据围岩平均应力调整颗粒直径，根据岩石力学性质调整颗粒力学参数，使模型与页岩平均力学性质相近；根据给定的围压调整颗粒的直径，设定颗粒各向异性椭球参数，以模拟页岩的各向异性特征；通过移动边界调整，调节围压至给定值；最后连接颗粒，固结模型，得到具有特定围压和力学性质的各向异性页岩模型；以及（3）建立和模拟水力压裂模型：基于步骤（2）所建立的具有特定围压和力学性质的各向异性页岩模型，根据需求建立水压孔穴模型和水压边界模型，设定水颗粒区域，通过膨胀中心水颗粒或移动边界，产生水压和应力波，通过离散元法迭代运算完成水力压裂模拟。