[发明专利]裂缝性地层井壁强化效果评价的流固耦合数值模拟方法

权利要求书

1.裂缝性地层井壁强化效果评价的流固耦合数值模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、建立井周围岩弹性变形方程，并给出初始与边界条件；

所述井周围岩弹性变形方程为：

其中

公式(2)中，

建立所述井周围岩弹性变形方程的条件为：假设井壁存在沿最大水平主应力方向分布的双翼裂缝，裂缝周围地层为各向同性且非渗透的弹性介质；

所述井周围岩弹性变形方程的初始与边界条件为：

裂缝入口处的流体压力与井壁压力相等，且裂缝尖端的裂缝开度和剪切位移恒为零，即

P_fi(R,t)＝P_w (6)

w(R+L,t)＝u(R+L,t)＝0 (7)

式中，H_ij(i,j＝n,s)为任意坐标位置应力分量的超奇异格林函数，MPa/m；f_xy定义为由多元函数f(x,y)的二阶混合偏导数确定的物理量，m^-1；f_yy为由多元函数f(x,y)的二阶偏导数确定的物理量，m^-1；f_xyy为由多元函数f(x,y)的三阶混合偏导数确定的物理量，m^-2；f_yyy为由多元函数f(x,y)的三阶偏导数确定的物理量，m^-2；σ_H为最大水平地应力，MPa；σ_h为最小水平地应力，MPa；σ_n表示裂缝面上的法向应力分布，MPa；P_f为裂缝内流体压力，MPa；为第j个单元的法向位移不连续，m；为第j个单元的剪切位移不连续，m；L为裂缝长度，m；R表示井眼半径，mm；E表示弹性模量，GPa；v为泊松比，无量纲；s为沿裂缝长度方向任意位置处裂缝单元的横坐标，m；β为裂缝单元局部坐标系与全局坐标系x方向的夹角，°；P_fi为裂缝入口处的流体压力，MPa；P_w为井壁压力，MPa；w为裂缝开度，m；u为剪切位移，m；t为时间，s；

S2、根据质量守恒方程和连续性方程，分别建立描述裂缝内流体流动方程和封堵层内流体流动方程；

当封堵层形成后，裂缝内流体的流动模式由层流流态和达西流态两部分组成，所述裂缝内流体流动的流动方程为：

所述封堵层内流体流动方程为：

其中

所述封堵层内流体流动方程的初始与边界条件为：

当井壁裂缝内形成稳定封堵层后，随着钻井液流体的不断注入，注入流体流量与裂缝系统内的总流量相等，

式中，P_f表示裂缝内流体压力，MPa；s表示沿裂缝长度方向任意位置处裂缝单元的横坐标，m；w为裂缝开度，m；t为时间，s；q_i为流入第i条裂缝的流量，m²/s；Q₀为注入流量，m²/s；μ表示注入流体的动力粘度，mPa·s；P_f表示封堵位置处裂缝内的流体压力，MPa；表示封堵层的有效水力开度，m；χ₁表示封堵层的压缩性，1/Pa；χ₂表示封堵裂缝的剪胀特性，m；u为剪切位移，m；t为时间，s；为初始设定的封堵层水力开度，m；μ′为与流体粘度有关的参数，mPa·s，μ′＝12μ；L_c为临界滑移参数，mm；

S3、对井周围岩弹性变形方程和裂缝内流体流动方程求解，将离散后的井周围岩弹性变形方程代入裂缝内流体流动方程，得到裂缝性地层井壁强化的流固耦合方程组，最后对流固耦合方程组进行求解；

S4、将基础参数带入流固耦合方程组中，模拟不同参数组合条件下封堵裂缝的力学响应特征、宽度演化特征及流量分布特征。