用于模拟页岩裂缝渗透率的多物理格子离散粒子模型 (M-LDPM)
地球物理
2019-02-12 v1 材料科学
摘要
本文构建了一个三维多物理格子离散粒子模型 (M-LDPM) 框架，以研究页岩的裂缝渗透率行为。该框架具有模拟材料细观结构的双重格子系统，并模拟耦合的力学与流动行为。力学格子模型模拟页岩的颗粒状内部结构，并通过离散相容性方程和平衡方程描述非均匀变形。流动格子单元网络构成力学格子系统的对偶图。针对流动单元建立了质量平衡的离散公式，用于模拟沿裂缝的流体流动。整体计算框架采用显式-隐式混合积分方案和交错耦合方法实现，该方法利用双重格子拓扑结构，实现了力学与流动行为的无缝双向耦合。所提出的模型用于页岩裂缝渗透率行为的计算分析，方法是对在不同围压下的 Marcellus 页岩试样模拟三轴直接剪切试验。模拟的力学响应根据实验数据进行了校准，预测的渗透率值也与实验测量结果进行了比较。此外，本文基于对尺寸递增的几何相似试样的模拟，给出了力学响应和渗透率测量的缩放分析。模拟的应力-应变曲线显示，由于局部裂缝的存在，峰后阶段表现出显著的尺寸效应。渗透率测量的缩放分析允许通过外推小试样的数值结果来预测大试样的渗透率。
引用
@article{arxiv.1803.09831,
title = {Multiphysics Lattice Discrete Particle Modeling (M-LDPM) for the Simulation of Shale Fracture Permeability},
author = {Weixin Li and Xinwei Zhou and J. William Carey and Luke P. Frash and Gianluca Cusatis},
journal= {arXiv preprint arXiv:1803.09831},
year = {2019}
}