×

用于模拟诱发断层滑动的可扩展并置有限体积格式。 (英语) Zbl 07592153号

总结:我们提出了一种可扩展的并置有限体积法(FVM)来模拟孔隙压力变化引起的诱发地震活动。基于柔性非结构网格上断层表面流动、弹性变形和接触力学的全隐式全耦合描述,获得了离散系统。以单元为中心的并置格式可以方便地集成不同的物理方程,因为未知量在网格上共享相同的离散位置。此外,还制定了通用的多点通量近似,以处理流动和力学方程的非均匀性、各向异性和交叉导数项。由此产生的系统虽然灵活且准确,但可能会导致现场相关应用程序的计算成本过高。为了解决这一局限性,开发并提出了一种可扩展的处理算法。研究了几种验证概念的数值试验,包括具有分析解的基准研究。结果表明,该方法确实准确有效;并为在各种地球科学应用中准确有效地模拟诱发地震活动提供了一个有希望的框架。

MSC公司:

65牛顿 偏微分方程边值问题的数值方法
74Sxx型 固体力学中的数值方法和其他方法
76平方米 多孔介质中的流动;过滤;渗流

软件:

几乎;孔隙比
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
全文: 内政部

参考文献:

[1] Zoback,M.,《储层地质力学》(2007),剑桥大学出版社·Zbl 1129.74002号
[2] Segall,P。;格拉索,J.-R。;Mossop,A.,法国西南部拉克气田附近的孔隙弹性应力和诱发地震活动,地球物理杂志。Res.,99,B8,15423-15438(1994)
[3] 夏皮罗,S。;Krüger,O。;丁斯克,C。;Langenbruch,C.,诱发地震的震级和流体模拟岩石体积的几何尺度,地球物理学,76,6,WC55-WC63(2011)
[4] Jha,B。;Juanes,R.,《多相流和孔隙力学耦合:孔隙压力对断层滑动和地震触发影响的计算模型》,水利部。研究,50,5,3776-3808(2014)
[5] Guglielmi,Y。;卡帕,F。;Avouac,J.-P。;亨利·P。;Elsworth,D.,流体注入诱发的抗震滑移引发的地震活动,《科学》,348,6240,1224-1226(2015)
[6] Buijze,L。;郭毅。;Niemeijer,A。;马,S。;Spiers,C.,《大型实验断层内粘滑不稳定性的成核:加载和断层泥层压实导致的应力不均匀性的影响》,J.Geophys。固体地球研究,125,8(2020)
[7] Gaspar,F。;Lisbona,F。;Vabishchevich,P.,Biot固结模型的有限差分分析,应用。数字。数学。,44, 4, 487-506 (2003) ·Zbl 1023.76032号
[8] Gaspar,F。;Lisbona,F。;Vabishchevich,P.,准静态Biot固结问题的交错网格离散,应用。数字。数学。,56, 6, 888-898 (2006) ·兹比尔1091.76047
[9] 加里波夫,T。;Karimi-Fard,M。;Tchelepi,H.,耦合流和地质力学的离散断裂模型,计算。地质科学。,20, 1, 149-160 (2016) ·Zbl 1392.76079号
[10] 加里波夫,T。;Hui,M.,用于模拟裂缝性储层中热-水-机械耦合效应的离散裂缝建模方法,国际岩石力学杂志。最小科学。,122 (2019)
[11] 阿尔博加斯特,T。;惠勒,M。;Yotov,I.,张量系数为以单元为中心的有限差分的椭圆问题的混合有限元,SIAM J.Numer。分析。,34, 2, 828-852 (1997) ·Zbl 0880.65084号
[12] 菲利普斯,P。;Wheeler,M.,多孔弹性混合和连续Galerkin有限元方法的耦合I:时间连续情况,计算。地质科学。,11, 2, 131-144 (2007) ·兹比尔1117.74015
[13] 阿诺德博士。;福尔克,R。;Winther,R.,弱对称线性弹性的混合有限元方法,数学。计算。,76, 260, 1699-1723 (2007) ·兹比尔1118.74046
[14] Ambartsumyan,I。;Khattatov,E。;Nordbotten,J。;Yotov,I.,简单网格上弹性力学的多点应力混合有限元法,SIAM J.Numer。分析。,58, 1, 630-656 (2020) ·Zbl 1451.65181号
[15] 德布·R。;Jenny,P.,《沿断裂管汇流动诱导剪切破坏的基于有限体积的建模》,国际期刊数值。分析。方法地质力学。,41, 18, 1922-1942 (2017)
[16] 索科洛娃,I。;Bastisya,M。;Hajibeygi,H.,多孔弹性有限体积模拟的多尺度有限体积法,J.Compute。物理。,379, 309-324 (2019) ·Zbl 07581574号
[17] Nordbotten,J.,《可变形多孔介质的以细胞为中心的有限体积离散化》,国际期刊数值。方法工程,100,6,399-418(2014)·Zbl 1352.76072号
[18] R.Berge。;贝尔雷,I。;Keilegavlen,E。;Nordbotten,J。;Wohlmuth,B.,用接触力学建模的多孔弹性介质的有限体积离散化,Int.J.Numer。方法工程,121,4,644-663(2020)
[19] Terekhov,K。;Tchelepi,H.,具有全张量特性的非均匀介质弹性变形的以细胞为中心的有限体积法,J.Compute。申请。数学。,364 (2020) ·Zbl 1457.74186号
[20] Terekhov,K.,非均质各向异性孔隙力学问题的以细胞为中心的有限体积法,J.Compute。申请。数学。,365 (2020) ·Zbl 1423.76308号
[21] Keilegavlen,E。;Nordbotten,J.,《弱对称弹性力学的有限体积法》,国际期刊Numer。方法工程,112,8,939-962(2017)
[22] Karimi-Fard,M。;杜洛夫斯基。;Aziz,K.,《适用于通用油藏模拟器的高效离散裂缝模型》,SPE J.,9,2,227-236(2004)
[23] 李,L。;Lee,S.,通过离散裂缝网络和均质介质对天然裂缝性油藏中的黑油进行高效现场模拟,SPE Reserve。评估。工程,11,4,750-758(2008)
[24] 特尼,M。;Bosma,S。;Al Kobaisi,M。;Hajibeygi,H.,基于投影的嵌入式离散裂缝模型(PEDFM),水资源高级公司。,105, 205-216 (2017)
[25] 贝尔雷,I。;布恩,W。;弗莱明,B。;Fumagalli,A。;Gläser,D。;Keilegavlen,E。;斯科蒂,A。;斯蒂芬森,I。;Tatomir,A。;Brenner,K。;Burbula,S。;Devloo,P。;杜兰,O。;法维诺,M。;亨尼克,J。;李,I.-H。;Lipnikov,K。;马森,R。;Mosthaf,K。;内斯托拉,M。;镍,氟化碳。;尼基丁,K。;施德尔,P。;斯维亚茨基,D。;Yanbarisov,R。;Zulian,P.,三维裂隙多孔介质单相流验证基准,Adv.Water Resour。,147 (2021)
[26] Terekhov,K.,《最深处平台水力压裂建模的多物理通量耦合》,Russ.J.Numer。分析。数学。型号。,35, 4, 223-237 (2020) ·Zbl 1450.65097号
[27] 德布·R。;Jenny,P.,用多孔基质模拟裂缝性储层的剪切破坏,计算。地质科学。,21, 5-6, 1119-1134 (2017) ·Zbl 1396.76056号
[28] 徐,F。;哈吉贝吉,H。;Sluys,L.,可变形裂隙多孔介质的多尺度扩展有限元方法,计算机J。物理。,436 (2021) ·Zbl 07513850号
[29] 加里波夫,T。;托明,P。;Rin,R。;沃斯科夫,D。;Tchelepi,H.,油藏模拟的统一热-复合-力学框架,计算。地质科学。,22, 4, 1039-1057 (2018) ·Zbl 1401.86012号
[30] Settari,A。;Mourits,F.,《储层与地质力学耦合模拟系统》,SPE J.,3,3,219-226(1998)
[31] Kim,J。;Tchelepi,H。;Juanes,R.,《耦合流和地质力学序列方法的稳定性和收敛性:固定应力和固定应变分裂》,计算。方法应用。机械。工程,200,13-161591-1606(2011)·Zbl 1228.74101号
[32] 怀特,J。;北卡罗来纳州卡斯特莱托。;Tchelepi,H.,《耦合孔隙力学的分块求解器:统一框架》,计算。方法应用。机械。工程,303,55-74(2016)·Zbl 1425.74497号
[33] 克莱夫佐夫,S。;北卡罗来纳州卡斯特莱托。;怀特,J。;Tchelepi,H.,耦合多相油藏流和地质力学的区块-改良Krylov方法(2016)
[34] Khait,M。;Voskov,D.,解决热/成分非线性流动和浮力输送的自适应参数化,SPE J.,23,2,522-534(2018)
[35] Lyu,X。;Khait,M。;Voskov,D.,浮力和毛细作用下多相流建模的基于算子的线性化方法,SPE J.,26,4,1858-1878(2021)
[36] Khait先生。;Voskov,D.,用于地热过程高效建模的基于操作员的线性化,地热学,74,7-18(2018)
[37] Wang,Y。;沃斯科夫,D。;Khait,M。;Bruhn,D.,《地热模拟的高效数值模拟器:基准研究》,应用。能源,264(2020)
[38] de Hoop,S。;沃斯科夫,D。;Bertotti,G。;Barnhoorn,A.,一种先进的离散断裂方法,用于快速、稳健和准确地模拟复杂断裂网络的能量生产,Water Resour。决议,58,5(2022)
[39] 卡拉,K。;Voskov,D.,用参数化技术研究反应组分流动和输送中的元素平衡公式,计算。地质科学。,24, 2, 609-624 (2020) ·Zbl 1434.76124号
[40] Lyu,X。;沃斯科夫,D。;Rossen,W.,盐水含水层中泡沫辅助CO2储存的数值研究,Int.J.Greenh。气体控制,108(2021)
[41] Coussy,O.,《热塑性》,71-112(2003),John Wiley&Sons,Ltd,第4章
[42] Zhao,Y。;Borja,R.,通过各向异性弹塑性多孔介质的固体变形-流体耦合流动的连续框架,计算。方法应用。机械。工程,369(2020)·Zbl 1506.74114号
[43] Cheng,A.-D.,各向异性多孔弹性材料系数,国际岩石力学杂志。最小科学。地理技术。文章摘要。,34, 2, 199-205 (1997)
[44] Simo,J。;Laursen,T.,涉及摩擦的接触问题的增广拉格朗日处理,计算。结构。,42, 1, 97-116 (1992) ·Zbl 0755.73085号
[45] 加亚莫夫,E。;加里波夫,T。;沃斯科夫,D。;Van den Hoek,P.,《压裂条件下模拟注水过程的离散裂缝模型》,国际期刊数值。分析。方法地质力学。,42, 13, 1445-1470 (2018)
[46] 弗朗西斯科尼,A。;Gazzola,L。;Ferronato,M.,《水力活动断裂稳定接触力学的可扩展预处理框架》,J.Compute。物理。,463 (2022) ·兹比尔07536775
[47] Jansen,J。;Singhal,P。;Vossepoel,F.,《位移断层中注入和生产诱发应力封闭表达式的见解》,J.Geophys。固体地球研究,124,7,7193-7212(2019)
[48] Keilegavlen,E。;R.Berge。;Fumagalli,A。;斯塔诺尼,M。;斯蒂芬森,I。;瓦雷拉,J。;Berre,I.,Porepy:一个用于模拟裂缝性多孔介质中多物理过程的开源软件,Compute。地质科学。,25, 1, 243-265 (2021) ·Zbl 1453.86001号
[49] Wang,H.F.,线性孔隙弹性理论及其在地质力学和水文地质中的应用(2000),普林斯顿大学出版社
[50] Cheng,A.H.-D.,本构方程,(传输多孔介质的理论与应用,第27卷(2016),Springer),61-82,Ch.4·Zbl 1402.74004号
[51] Wang,L。;Kwiatek,G。;Rybacki,E。;Bonnelye,A。;Bohnhoff,M。;Dresen,G.,《流体诱发断层滑动行为的实验室研究:流体加压速率的作用》,地球物理学。Res.Lett.公司。,47, 6 (2020)
[52] Shinbrot,M.,粘性不可压缩流的数学理论(O.A.Ladyzhenskaya),SIAM Rev.,13,1,103-106(1971)
此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配,可能包含数据转换错误。在某些情况下,zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献,而不要求完整或完全匹配。