×

用于模拟固体中流体驱动压裂的耦合全拉格朗日和半拉格朗夫周动力学。 (英语) Zbl 07796645号

总结:本文提出了一种新的计算方法,用于使用周动力学模拟准脆性固体中的流体驱动压裂。该方法利用了周动力的整体和半拉格朗日公式的严格耦合。具体而言,基于用于模拟固体中裂缝的经典周动力学理论的总拉格朗日公式,与半拉格朗日公式相结合,使用弱可压缩流体流的非局部微分算子求解Navier-Stokes方程。该方法提供了一个统一的基于周动力学的框架,能够模拟固体中广泛的流体驱动压裂问题。该框架可以将固体建模为普通或非普通材料,并用不同的状态方程量化流体。为了防止非物理相互渗透,提出了一种流体-固体相互作用方案,该方案假设固体域中存在虚拟流体点,以量化流体-固体界面上的力。通过对几个经典问题的模拟,包括溃坝和Kristianovich-Geertsma-de Klerk(KGD)问题,验证了所提出的计算方法。砂岩中流体注入诱发裂缝的数值例子进一步证明了该方法的预测能力,与实验结果相比,该方法合理地捕捉了裂缝模式。所提出的方法为流体驱动压裂过程的显式建模提供了一种替代方法,并可能在各种工业和地球物理过程中找到广泛而有用的应用。

MSC公司:

74A70型 周边动力学
76S05号 多孔介质中的流动;过滤;渗流

软件:

佩里迪格姆
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
全文: 内政部

参考文献:

[1] 甘多西,L。;Von Estorff,U.,《页岩气开采水力压裂和其他地层增产技术概述——2015年更新》,JRC98582(2015),欧盟出版局:欧盟卢森堡出版局,26347欧元
[2] 莫斯利,M.H。;Sedighi,M。;Babaei,M。;Turner,M.,《二氧化碳的地质封存》。管理。手套。温暖。,487-500 (2019)
[3] E.戈德利。;Peirce,A.,使用XFEM建模水力裂缝的隐式水平集方案。计算。方法应用。机械。工程,125-143(2013)·Zbl 1286.76048号
[4] 肖尔,N。;Duarte,C.A.,三维水力裂缝扩展的通用有限元方法:与实验的比较。工程分形。机械。(2020)
[5] Salimzadeh,S。;Khalili,N.,粘性裂纹扩展水力压裂的三相XFEM模型。计算。岩土工程。,82-92 (2015)
[6] 穆罕默德·内贾德,T。;Khoei,A.R.,用内聚裂纹模型研究可变形多孔介质中水力裂缝扩展的扩展有限元方法。有限元素。分析。设计。,77-95 (2013) ·Zbl 1302.74167号
[7] 高奇。;程,Y。;韩,S。;严,C。;江,L。;Han,Z。;Zhang,J.,《受既有裂缝井和未裂缝井影响的非平面水力裂缝扩展行为的探索》。工程分形。机械。,83-98 (2019)
[8] 古普塔,P。;Duarte,C.A.,使用广义有限元法模拟非平面三维水力裂缝的耦合公式和算法。国际期刊数字。分析。方法地质力学。,1402-1437 (2016)
[9] 孙,Z。;李,Z。;Espinoza,D.N。;Balhoff,M.T.,《颗粒介质中的流体驱动裂缝:数值研究的见解》。物理学。E版(2020年)
[10] 周,J。;张,L。;A.布劳恩。;Han,Z.,基于二维颗粒流程序中改进的流体力学耦合模型的油藏流体驱动裂缝扩展的数值模拟和研究。能源,699(2016)
[11] Gharedash,S。;Barzegar,M。;Palymskiy,I.B。;Fomin,P.A.,使用平滑粒子流体动力学进行爆炸诱导断裂建模。国际影响工程杂志(2020)
[12] Pramanik,R。;Douillet-Grellier,T。;潘,K。;Jones,医学博士。;Albaiz,A。;威廉姆斯,J.R。;杜,J。;Pourpak,H。;Deb,D.,《模拟天然裂缝岩石介质中水力裂缝扩展的SPH方法》,2016年6月
[13] 纳迪米,S。;Miscovic,I。;McLennan,J.,《非均质介质中水力压裂过程的三维动力学模拟》。《石油科学杂志》。工程,444-452(2016)
[14] Oterkus,S。;Madenci,E。;Oterkus,E.,《充液裂缝的全耦合多孔弹性周动力公式》。工程地质。,19-28 (2017)
[15] Zhang,Y。;黄,D。;蔡,Z。;Xu,Y.,水力压裂建模的扩展普通基于状态的周动力方法。工程分形。机械。(2020)
[16] 阿达奇,J。;Siebrits,E。;皮尔斯,A。;Desroches,J.,水力裂缝的计算机模拟。国际岩石力学杂志。最小科学。,739-757 (2007)
[17] Silling,S.A.,《不连续性和长程力弹性理论的改革》。J.机械。物理学。固体,175-209(2000)·Zbl 0970.74030号
[18] Silling,S.A。;埃普顿,M。;O.威克纳。;徐,J。;Askari,A.,周动力状态和本构建模。《热弹性力学杂志》,2151-184(2007)·兹比尔1120.74003
[19] 西格斯特尔。;Sau,N。;Silling,S.,混凝土结构的周动力建模。编号。工程设计。,12-13, 1250-1258 (2007)
[20] 基利克,B。;Madenci,E.,使用周动力学理论预测淬火玻璃板中的裂纹路径。《国际骨折杂志》,2165-177(2009)·Zbl 1273.74455号
[21] 朱,F。;Zhao,J.,砂粒破碎的周动力学研究。Géotechnique,6526-540(2019)
[22] 周小平。;Shou,X.D.,使用改进的周动力方法对承受压缩载荷的类岩石材料的破坏进行数值模拟。国际地质力学杂志。,3 (2017)
[23] Gui,Y.J。;Yu,Y。;胡永乐。;Zhang,Y.T。;Lei,L.W.,复合材料层压板的周动力内聚区模型。《周动力杂志》。非本地。型号。,383-409 (2021)
[24] Diehl,P。;Prudhomme,S。;Levesque,M.,《周动力学模型验证基准实验综述》。J.Peridynam。非本地。型号。,14-35 (2019)
[25] 贝扎迪纳萨布,M。;穆萨尼迪斯,G。;特拉斯克,N。;福斯特,J.T。;Bazilevs,Y.,使用浸入式方法对气-流-结构相互作用的IGA和周动力耦合。机械力(2021)
[26] 贝扎迪纳萨布,M。;希尔曼,M。;Bazilevs,Y.,《浸没式空气-碎屑流-结构相互作用的IGA-PD基于惩罚的耦合:断裂和破碎的简单有效解决方案》。机械杂志。,680-692 (2021)
[27] 申德,S。;贝扎迪纳萨布,M。;穆萨尼迪斯,G。;Bazilevs,Y.,使用等几何分析和周动力学的体积惩罚耦合模拟混凝土结构上的空气爆炸。数学。模型方法应用。科学。,12, 2477-2496 (2022) ·Zbl 1516.74104号
[28] 杨,F。;顾,X。;夏,X。;Zhang,Q.,用于流体-结构相互作用分析的周动力浸没边界-晶格Boltzmann方法。海洋工程(2022)
[29] 风扇,H。;Bergel,G.L。;Li,S.,掩埋炸药爆炸荷载下土壤破碎的混合周动力-SPH模拟。国际影响工程杂志,14-27(2016)
[30] 风扇,H。;Li,S.,A埋置爆炸荷载下土壤爆破破碎的周动力-SPH建模与模拟。计算。方法应用。机械。工程,349-381(2017)·Zbl 1439.74187号
[31] 姚,X。;Huang,D.,大变形和破裂流体-结构相互作用问题的PD-SPH耦合建模。计算。结构。(2022)
[32] Silling,S.A。;Parks,M.L。;Kamm,J.R。;O.威克纳。;Rassaian,M.,用欧拉周动力学模拟冲击波和冲击现象。《国际影响工程杂志》,47-57(2017)
[33] 贝扎迪纳萨布,M。;Foster,J.T.,《周动力学的半拉格朗日本构对应框架》。J.机械。物理学。固体(2020)·Zbl 1441.70014号
[34] Bergel,G.L。;Li,S.,基于状态的周动力学的拉格朗日公式的总体和更新。计算。机械。,351-370 (2016) ·Zbl 1398.74303号
[35] 涂奇。;Li,S.,牛顿流体的最新拉格朗日粒子流体动力学(ULPH)。J.计算。物理。,493-513 (2017) ·Zbl 1380.76127号
[36] 严,J。;李,S。;张,A.M。;Kan,X。;Sun,P.N.,更新了多相流的拉格朗日粒子流体动力学(ULPH)建模和模拟。J.计算。物理。,406-437 (2019) ·Zbl 1452.76186号
[37] 朱,F。;赵,J.,爆破引起的岩石断裂的周动力模拟。J.机械。物理学。固体(2021年)
[38] Madenci,E。;巴鲁特,A。;Futch,M.,周动力微分算子及其应用。计算方法应用。机械。工程,408-451(2016)·Zbl 1425.74043号
[39] 高,Y。;Oterkus,S.,使用周动力微分算子对低雷诺数层流流体运动进行非局部数值模拟。海洋工程,135-158(2019)
[40] 高,Y。;Oterkus,S.,使用周动力微分算子进行多相流体流动模拟。海洋工程(2020)
[41] 高,Y。;Oterkus,S.,使用普通基于状态的周动力和周动力微分算子进行流体-弹性结构相互作用模拟。工程分析。绑定元素。,126-142 (2020) ·Zbl 1464.74052号
[42] Silling,S.A。;Askari,E.,基于固体力学周动力模型的无网格方法。计算。结构。,1526-1535 (2005), 17-18
[43] 刘,M.B。;Liu,G.R.,《多尺度和多物理的粒子方法》(2016),世界科学出版社·Zbl 1344.76002号
[44] Monaghan,J.J.,用SPH模拟自由表面流动。J.计算。物理。,2, 399-406 (1994) ·兹比尔0794.76073
[45] Xu,R。;斯坦斯比,P。;Laurence,D.,基于投影方法和新方法的不可压缩SPH(ISPH)的准确性和稳定性。J.计算。物理。,18, 6703-6725 (2009) ·Zbl 1261.76047号
[46] 张,Z.L。;Walayat,K。;Chang,J.Z。;Liu,M.B.,用改进的SPH方法对流体-颗粒两相流进行无网格建模。J.数字。方法。工程师,8,530-569(2018)
[47] 莫纳汉,J.J。;科斯·A。;Issa,N.,撞击产生的流体运动。J.Waterw。,Harbors Coastal Eng.Div.,美国社会公民。工程师,6250-259(2003),港口、海岸和海洋工程
[48] Batchelor,G.K.,《流体动力学导论》(1967),剑桥大学出版社·Zbl 0152.44402号
[49] Chang,H.C。;Chen,A.R。;Kareem,A。;胡,L。;Ma,R.J.,基于周动力微分算子的二维内流欧拉粒子方法。计算。方法应用。机械。工程(2022)·Zbl 1507.76155号
[50] Koshizuka,S。;Oka,Y.,不可压缩流体破碎的移动粒子半隐式方法。编号。科学。技术,3421-434(1996)
[51] Koshizuka,S.,流体破碎不可压缩粘性流的粒子方法。计算。流体动力学。J.,29(1995)
[52] J.C.马丁。;莫伊斯,W.J。;Penney,W.G。;价格,A.T。;Thornhill,C.K.,第四部分:刚性水平面上液柱坍塌的实验研究。菲洛斯。事务处理。数学。物理学。工程科学,882,312-324(1952)
[53] Sneddon,I.,弹性固体中裂纹附近的应力分布。程序。数学物理。工程科学。,229-260 (1946)
[54] Geertsma,J。;De Klerk,F.,一种快速预测水力诱导裂缝宽度和范围的方法。J.宠物。技术。,12, 1571-1581 (1969)
[55] Bunger,A.P。;Detournay,E。;Garagash,D.I.,《以韧性为主的水力裂缝和泄漏》,《国际断裂杂志》,175-190(2005)·Zbl 1148.74336号
[56] Aliha,M.R.M。;巴赫马尼,A。;Akhondi,S.,用不同的三点弯曲型试样进行PMMA的混合模式断裂韧性测试。欧洲力学杂志。A.固体,148-162(2016)
[57] Garagash,D.I.,带流体滞后的平面应变水力裂缝的扩展:早期解决方案。国际固体结构杂志。,18-19, 5811-5835 (2006) ·Zbl 1120.74752号
[58] Lecampion,B。;Detournay,E.,具有流体滞后的水力裂缝扩展的隐式算法。计算。方法应用。机械。工程,49-52,4863-4880(2007)·Zbl 1173.74383号
[59] M.J.Hunsweck。;沈毅。;Lew,A.J.,《水力裂缝滞后模拟的有限元方法》。国际期刊数字。分析。方法地质力学。,9, 993-1015 (2013)
[60] Ren,H.L。;庄X.Y。;蔡永川。;Rabczuk,T.,《双视界周动力学》。国际期刊数字。方法。工程,121451-1476(2016)
[61] 帕特尔,S.M。;桑德格尔,C.H。;Rai,C.S.,《循环注水水力压裂的实验室研究》。国际岩石力学杂志。最小科学。,8-15 (2017)
[62] Parks,M.L。;Littlewood,D.J。;Mitchell,J.A。;Silling,S.A.,Peridigm用户指南(2012),桑迪亚国家实验室:桑迪亚国立实验室桑迪亚报告。美国新墨西哥州阿尔伯克基
[63] Cuss,R.J.,《砂岩力学行为与钻孔稳定性的实验研究》。博士论文(1998年),曼彻斯特大学
[64] Atkinson,B.K.,田纳西州砂岩和卡拉拉大理岩的断裂韧性,采用双扭转试验方法。国际岩石力学杂志。最低科学。地质力学。文章摘要。,49-53 (1979)
[65] 罗斯托克,A.J。;Tefelski,D.B。;Ptasznik,S.,《某些植物油的压缩性研究》,高达1 GPa。高压研究,4721-725(2009)
[66] Breitzman,T。;Dayal,K.,周动力学中的键级变形梯度和能量平均。J.机械。物理学。固体,192-204(2018)
[67] Chen,H.,周动力对应模型的键相关变形梯度。机械。Res.Commun.公司。,34-41 (2018)
[68] 贝扎迪纳萨布,M。;Foster,J.T.,《重新审视第三次Sandia断裂挑战:模拟大变形和韧性断裂的键相关半拉格朗日周动力学方法》。国际分形杂志。,2, 261-267 (2020)
[69] Bazilevs,Y。;贝扎迪纳萨布,M。;Foster,J.T.,在基于对应的周动力学中使用微平面(M7)本构模型模拟混凝土破坏:经典断裂试验的验证和离散断裂的延伸。J.机械。物理学。固体(2022年)
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。