嵌入式离散裂缝模型的多尺度模拟有限差分模拟方法

压裂油藏导流裂缝多相流动的高效有限差分模型周方奇;施安峰;王晓宏【摘要】考虑基质中流体相饱和度在压裂导流裂缝两侧的不连续性，提出一种新的嵌入裂缝模型，以准确模拟压裂后油藏中的多相流体流动状况。

采用规则网格划分油藏区域，裂缝嵌入在基质网格中，通过在裂缝的两侧选择参考点，分别确定裂缝和其两侧基质之间的流量交换。

在离散基质方程时，使用内边界替代含有裂缝的网格参与实际计算，有效避免了因这种网格内物理量被模糊定义而产生的误差。

应用该模型分别模拟包含直裂缝和斜裂缝的油藏区域，并与离散裂缝模型及嵌入裂缝模型进行比较。

结果表明：无论在基质中还是裂缝内该模型的模拟结果均与离散裂缝模型基本一致，而嵌入裂缝模型则存在一定误差；新型裂缝差分模型可以大幅度提高模拟效率。

图7参24%Considering the discontinuities of flow phase saturations at the matrix-fracture interfaces, a new difference model is proposed to simulate the multi-phase flow in reservoir with conductive fractures. Structure grids are applied in the simulation to divide reservoir regions, fracture grids are embedded in matrix grids, and reference nodes are chosen at both sides of the fracture to define the exchanges between fracture and two sides of matrix. During solving the matrix equations, the discontinuities of phase saturations also lead to difficulties for defining the physical quantities on the matrix grids covering fracture, and to avoid this difficulty, inner boundary is used to replace these matrix grids in the computations. This model is used to simulate the reservoirs with straight and inclined fractures, and compared with discrete fracture model and embedded fracture model. The comparison shows that:no matter infracture or matrix, the results from the new model are in good agreement with the discrete fracture model, but embedded fracture model has some error;the new fracture model can significantly improve the efficiency of simulation.【期刊名称】《石油勘探与开发》【年(卷),期】2014(041)002【总页数】5页(P239-243)【关键词】渗流;多相流;油藏数值模拟;导流裂缝;差分模型【作者】周方奇;施安峰;王晓宏【作者单位】中国科学技术大学热科学和能源工程系;中国科学技术大学热科学和能源工程系;中国科学技术大学热科学和能源工程系【正文语种】中文【中图分类】TE357.10 引言压裂技术作为开发低渗透油藏的有效增产手段已被广泛应用[1-4]。

基于模拟有限差分法的离散裂缝模型两相流动模拟黄朝琴;高博;王月英;严侠;姚军【摘要】模拟有限差分作为一种新型数值计算方法，因其良好的局部守恒性和对复杂网格系统的适用性，在计算流体力学和油藏数值模拟中得到应用。

将模拟有限差分方法进一步应用于离散裂缝流动模拟中，对模拟有限差分法的基本原理进行详细阐述，建立相应的离散裂缝数值计算格式，并采用 IMPES 方法对其两相流问题进行求解，并与实验结果对比。

对比结果验证了新方法和程序的正确性，通过复杂离散裂缝算例进一步验证了方法的正确性和程序的鲁棒性。

%The mimetic finite difference (MFD) method, as a novel numerical method, has been successfully applied to CFD and reservoir simulation due to its local conservativeness and applicability of complex grids. It was applied to the numer-ical simulation of discrete fracture model. The principle of the MFD method was described in details, and the corresponding numerical formula of the discrete fracture model was developed. An IMPES scheme was used for the solution of a two-phase flow simulation, and several case studies were conducted to show the efficiency and robustness of the proposed numerical model.【期刊名称】《中国石油大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2014(000)006【总页数】9页(P97-105)【关键词】裂缝性介质;模拟有限差分;离散裂缝模型;数值模拟;两相渗流【作者】黄朝琴;高博;王月英;严侠;姚军【作者单位】中国石油大学石油工程学院，山东青岛 266580;中国石油大学石油工程学院，山东青岛 266580;中国石油大学石油工程学院，山东青岛 266580;中国石油大学石油工程学院，山东青岛 266580;中国石油大学石油工程学院，山东青岛 266580【正文语种】中文【中图分类】TE319;TV139.14裂缝作为最小的地质构造广泛存在于地壳中,其尺度从微米级裂缝到千米级大断层,可跨越多个数量级。

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910238530.2(22)申请日 2019.03.27(71)申请人 中国石油化工股份有限公司地址 100728 北京市朝阳区朝阳门北大街22号申请人 中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院(72)发明人 刘彦锋　张文彪　廉培庆　商晓飞　王鸣川　赵磊　赵华伟　李蒙　(74)专利代理机构 北京聿宏知识产权代理有限公司 11372代理人 吴大建　何娇(51)Int.Cl.G06T 17/05(2011.01)(54)发明名称一种基于多点地质统计学的离散裂缝建模方法(57)摘要本发明提出了一种基于多点地质统计学的离散裂缝建模方法，把多点地质统计学建模和离散裂缝建模方法相结合，包括离散裂缝片组成的多点地质统计学模拟的训练图像建立；以凸四边形面元表征离散裂缝片，以裂缝片组成的数据事件表示裂缝的空间配置关系，以裂缝片整体缩放和裂缝片形态参数加权的方式计算的裂缝片数据事件的相似性；按照序贯的方法，采用直接采样方式从训练图像中提取合适的裂缝模式到实际模型。

该方法既可以保证裂缝空间分布的结构性，对裂缝尺度的刻画也有反映，可以客观地再现地下不同尺度的裂缝在空间上的配置关系。

权利要求书2页 说明书7页 附图3页CN 111754623 A 2020.10.09C N 111754623A1.一种基于多点地质统计学的离散裂缝建模方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1.基于多尺度分形理论的离散裂缝训练图像建立；步骤2.基于裂缝片的多点地质统计模拟。

2.根据权利要求1所述的基于多点地质统计学的离散裂缝建模方法，其特征在于，在所述步骤1中，包括：步骤1.1.多尺度裂缝特征描述；步骤1.2.裂缝尺度特征定量关系表征；步骤1.3.基于多尺度分形理论的多尺度训练图像建立。

3.根据权利要求2所述的基于多点地质统计学的离散裂缝建模方法，其特征在于，在所述步骤2中，基于裂缝片的多点地质统计学模拟包括裂缝片表征、裂缝组系相似性计算、基于裂缝片的数据事件缩放、多尺度裂缝片空间分布模式相似性计算以及基于直接采样的离散裂缝网络模拟。

基于离散缝洞网络模型的缝洞型油藏混合多尺度有限元数值模拟张娜;姚军;黄朝琴;王月英【期刊名称】《计算力学学报》【年(卷),期】2015(000)004【摘要】针对缝洞型油藏具有多尺度特征，基于离散缝洞网络模型，建立了Darcy/Stokes-Brinkman多尺度耦合数学模型，采用多尺度混合有限元方法，对缝洞型油藏的流体流动问题进行了研究。

阐述了多尺度混合有限元方法的基本原理，推导得到了 Darcy/Stokes-Brinkman 多尺度模型的多尺度混合有限元计算格式。

数值计算结果表明，在大尺度模型上进行计算能够捕捉到小尺度上的流动特征；相对于传统有限元，多尺度混合有限元能够捕捉小尺度上的非均质特征而具有更高的计算精度，在保证计算精度的同时能够减少计算量。

%Multiscale Mixed Finite element method(MsMFEM)has been applied to the numerical simula-tionof single phase flow in fractured-vuggy porous media in this paper and Darcy/Stokes-Brinkman model is developed,in which Darcy model is approximated as pressure and fluxes on a coarse grid and Stokes-Brinkman model captures fine-scale effects.The fundamental theory of MsMFEM was explicitly described,and then the multiscale calculating formulas were deduced.The method is applied to two different test cases.The test cases demonstrate that MsMFEM can capture fine-sclae features;it is better not only in calculation speed but also in accuracy ,and valid for fractured-vuggy reservoirs.【总页数】6页(P473-478)【作者】张娜;姚军;黄朝琴;王月英【作者单位】中国石油大学储运与建筑工程学院，青岛 266580; 中国石油大学石油工程学院，青岛 266580;中国石油大学石油工程学院，青岛 266580;中国石油大学石油工程学院，青岛 266580;中国石油大学石油工程学院，青岛 266580【正文语种】中文【中图分类】TE319【相关文献】1.缝洞型油藏三维离散缝洞数值试井模型 [J], 万义钊;刘曰武2.基于离散缝洞网络模型的缝洞型油藏混合模型 [J], 严侠;黄朝琴;李阳;姚军;樊冬艳3.缝洞型油藏大尺度缝洞体等效模拟方法研究 [J], 高艳霞;李小波;彭小龙;张晓4.缝洞型油藏大尺度缝洞体等效模拟方法研究 [J], 高艳霞;李小波;彭小龙;张晓5.缝洞型油藏的离散缝洞网络流动数学模型 [J], 姚军;黄朝琴;王子胜;李亚军;王晨晨因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

两种新颖的离散裂缝建模方法探讨-DFN模型和DFM模型吴斌;唐洪;张婷;张峰铭【摘要】DFN模型和DFM模型裂缝建模技术经过近20年的发展,其理论和方法都取得了长足的进步,也成功为裂缝性油气藏的开采提供了可靠的方案.但是由于裂缝性油藏本身存在的复杂和非均质性,两种裂缝建模方法在实际应用中都存在一些问题.研究主要围绕DFN模型和DFM模型的优点和目前存在的问题作了一个综合的剖析,对裂缝建模研究具有重要的理论和实践意义.【期刊名称】《四川地质学报》【年(卷),期】2010(030)004【总页数】4页(P484-487)【关键词】裂缝性储层建模;DFN模型;DFM模型【作者】吴斌;唐洪;张婷;张峰铭【作者单位】西南石油大学资源与环境学院,成都,610500;西南石油大学资源与环境学院,成都,610500;西南石油大学资源与环境学院,成都,610500;江苏油田物探研究院,江苏,扬州225009【正文语种】中文【中图分类】P618.130裂缝性储层建模是反映裂缝表征参数和裂缝空间分布的三维定量模型，该模型既能反映裂缝分布规律，又能满足油藏工程研究需要[1]。

目前，砂岩油藏的地质建模技术已趋成熟，在油气田生产中得到了很好的应用。

但是，由于裂缝(特别是地下岩体中的裂缝)分布复杂、规律性差，受到观测、探测手段以及研究方法的限制[2]，裂缝性油气藏，尤其是裂缝性潜山油气藏的储层表征和地质建模技术还不够完善，需要继续探索和努力攻关[3]。

近年来，国外学者（C.Du,X.Zhang,B.Melton，J.Gale,Reed,R，J.Daniels，A.Al-Anazi etal. 2007～2009），采用DFN模型和DFM模型两种裂缝建模方法，针对不同油田的实际情况建立了符合生产实际需要的裂缝模型，极大的推动了裂缝建模技术的发展。

在国内，我国的裂缝地质建模技术发展较慢，不过也取得了很多成果，为裂缝的表征和描述作出了贡献，比如穆龙新1995年通过对低渗透砂岩油田，提出以岩心观测为主，综合静态和动态等多方面资料，分步骤建立半定量裂缝地质模型的方法[8]；童亨茂、邢玉忠2006年，陈烨菲等2008年分别采取不同的研究手段和方法建立了DFN离散裂缝网络模型。

模拟裂纹扩展的一种有限元局部动态子划分方法周储伟;潘清【期刊名称】《计算力学学报》【年(卷),期】2012(029)004【摘要】提出了一种有限元子划分结合子结构的方法来模拟裂纹扩展问题。

提出的方法中，将单元分为三类：被裂纹贯穿的单元，包含裂尖的单元和常规单元。

对前两类单元进行子划分，每个单元的归类随裂纹的扩展而动态变化。

覆盖一条裂纹的前两类单元子划分后构成一个子结构，子结构也是动态的，跟随裂纹的扩展而逐步扩大。

本文的方法可以使裂纹沿任意路径扩展而不受初始网格的限制，裂纹扩展后无需对结构整体的网格重划分，结构整体分析的总自由度也不变。

用该方法计算无限大平面中心裂纹的应力强度因子，模拟三点弯梁跨中裂纹的扩展，验证了计算精度，并进一步用该方法模拟了非均质材料中裂纹的扩展，考核了对复杂裂纹扩展问题的适用性。

%A novel numerical algorithm combining finite element sub-partition and substructure was devel- oped to simulate crack extension. In this strategy, all elements are grouped into three sorts：elements sep- arated by a crack,elements containing crack tip and normal elements. The first and second sorts of ele- ments will be sub-partitioned. Grouping of elements are dynamic varying with crack extension. The sub- partitioned elements covering one crack are viewed as a sub-structure. This sub-structure is thereby dy- namic also for its element member will increase when the crack expands. In this algorithm, a crack can expand along any path and free from the limit of original mesh, global re-mesh isnot needed and the total freedom dimension keeps the same whether cracks extend or initiating new cracks. This method was a- dopted to calculate the stress intensity factors of central crack in infinite plane and to simulate the crack propagation in three-point bending beam to validate its accuracy. It was further used in inhomogenous material to demonstrate its adaptability for simulating of complex path cracking.【总页数】6页(P499-504)【作者】周储伟;潘清【作者单位】南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室,结构与强度研究所,南京210016;南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室,结构与强度研究所,南京210016【正文语种】中文【中图分类】V211.3;O242【相关文献】1.基于VUMAT的三维裂纹动态扩展有限元模拟 [J], 彭云2.基于二次插值重构有限元法的动态裂纹扩展模拟 [J], 王玉光;李忠文;吴圣川;臧晓蕾;王燕3.基于扩展有限元法的钢筋混凝土梁裂纹扩展的数值模拟 [J], 夏雨;周诗博;龙嘉欣;李靖4.扩展有限元法在疲劳裂纹扩展模拟中的应用 [J], 张芮晨5.基于扩展有限元的Q345R材料平板裂纹扩展模拟研究 [J], 殷金泉;程强强;于润桥因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

基于微地震数据和嵌入式离散裂缝的页岩气开发渗流数值模拟戴城; 胡小虎; 方思冬; 郭艳东【期刊名称】《《油气藏评价与开发》》【年(卷),期】2019(009)005【总页数】9页(P70-77,83)【关键词】页岩气; 数值模拟; 裂缝模型; 微地震数据【作者】戴城; 胡小虎; 方思冬; 郭艳东【作者单位】中国石化石油勘探开发研究院北京 100083【正文语种】中文【中图分类】TE3191 研究背景随着天然气需求量的增加，页岩气作为一种重要的非常规天然气资源日益受到世界各国的关注。

包括中国在内的众多国家正积极采取相应措施，努力推进页岩气的商业化开采。

截至2015年4月，我国页岩气勘探在长宁、威远、昭通、涪陵等地取得突破，获得三级储量近5 000×108m3，已形成年产15×108m3产能[1]。

在此背景下，围绕页岩气勘探开发方面的探索也得到了国内外学术界、工业界的广泛重视。

页岩气藏与常规天然气藏不同，具有自生自储特征，生烃层即为储层[2]。

页岩气在储层中通常以吸附态和游离态两种形式存在。

与常规天然气藏相比，页岩气藏储层孔隙度、渗透率极低，孔隙度通常小于10%，渗透率介于10-11～10-7μm2[3]。

正是由于页岩气藏的低渗特性，在页岩气开发过程中，需要采用分段压裂水平井技术对页岩储层进行压裂改造以提高产量。

水力压裂会构建复杂裂缝网络，在储层中形成一个渗透率相对较高的压裂改造区域。

在压裂改造区外围，储层未经改造，天然裂缝没有被人工裂缝沟通，渗透率相对较低。

数值模拟技术是研究油气藏开发机理的重要工具。

针对页岩气开发，国内外诸多研究者利用数值模拟进行了研究。

CIPOLLA等[4-5]研究了单井产能的影响因素，发现裂缝网络复杂程度、主裂缝导流能力、基质渗透率等会对单井产量造成影响。

双重介质模型[6-7]和多重介质模型[8-10]是页岩气数值模拟经常采用的数值模型。

YANG等[11]采用双孔双渗模型，动态分析了Antrim页岩和Barnet页岩产量中吸附气和自由气的比例。

第29卷第12期 强激光与粒子束Vol.29，No. 12 2017 年 12 月HIGH POWER LASER AND PARTICLE BEAMS D e c. , 2017嵌入式薄片模型在时域有限差分算法中的应用孟雪松S鲍献丰12，刘德赞3，周海京24(.中物院高性能数值模拟软件中心，北京100088; 2.中国工程物理研究院复杂电磁环境重点实验室，四川绵阳621900 ;3.北京卫星制造厂，北京100094;4.北京应用物理与计算数学研究所，北京100094)摘要：将一等效薄片模型嵌人到时域有限差分算法（F D T D)中，以快速而有效地解决复合材料薄片在电磁计算中的多尺度问题。

在该嵌人式薄片模型中，薄片不需要被剖分网格，而是被嵌人到相邻的网格间，从而可以使用相对较大的网格剖分周围物体，进而可节省大量的计算资源。

在这一模型中，薄片被等效为一段传输线，并用其频域的导纳矩阵代替。

使用数字滤波器理论以及逆Z变换可将频域的导纳矩阵转换到时域，并将其嵌人到时域有限差分算法中。

该嵌人式薄片模型被用来计算一单层碳纤维复合材料薄片的反射以及透射性會g，并与其解析解进行对比，从而验证该模型的准确性、收敛性以及高效性。

该模型被用来计算三种具有不同电参数的单层碳纤维复合材料薄片的屏蔽性能，以研究各电参数对其屏蔽性能的影响。

关键词：嵌人式薄片模型；碳纤维复合材料；屏蔽性能；时域有限差分算法中图分类号：T N248.6文献标志码： A doi: 10.1 1884/H P L P B201729. 170196近年来，复合材料被越来越广泛地应用于各个领域，其中碳纤维复合材料（CFC)的使用尤为突出。

碳纤维 复合材料具有比重小、刚性好、强度高且易于制作等优点，已逐步取代铝制材料，应用于航空航天设备[1]、航空 电子设备[2]以及射频识别系统[3]等领域。

然而，碳纤维复合材料的电导率要小于金属，其屏蔽性能要弱于金 属。

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201911326806.9(22)申请日 2019.12.20(71)申请人 西南石油大学地址 610500 四川省成都市新都区新都大道8号(72)发明人 刘凌甫　赵玉龙　张烈辉　谢军　张芮菡　吴建发　(74)专利代理机构 成都三诚知识产权代理事务所(普通合伙) 51251代理人 成实(51)Int.Cl.G06F 30/23(2020.01)G06F 111/10(2020.01)G06F 119/14(2020.01)(54)发明名称一种嵌入式离散裂缝模型的数学推导和数值计算方法(57)摘要本发明公开了一种嵌入式离散裂缝模型的数学推导和数值计算方法，包括以下步骤：结合连接对理论与全隐式有限差分方法，对渗流微分方程进行推导和离散；对网格属性与基本参数进行赋值与计算；基于网格连接对理论，根据网格位置建立网格连通性表；结合连通性表，根据嵌入式离散裂缝模型理论推导并计算网格间传导率的几何参数部分，根据中心加权方法推导并计算网格间传导率的弱非线性部分；结合连通性表，分别对质量交换项和质量累积项进行处理，组装渗流微分方程的矩阵方程；本发明减小了嵌入式离散裂缝模型的计算和推导的难度和工作量，并形成了一套具有普适性的方法，解决了嵌入式离散裂缝模型计算难度大的问题。

权利要求书7页 说明书15页CN 111079335 A 2020.04.28C N 111079335A1.一种嵌入式离散裂缝模型的数学推导和数值计算方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：结合连接对理论与全隐式有限差分方法，对渗流微分方程进行推导和离散；步骤二：对网格属性与基本参数进行赋值与计算；步骤三：基于网格连接对理论，根据网格位置建立网格连通性表，包括相邻基质网格之间、裂缝网格与基质网格之间、相交裂缝网格之间、在同一裂缝内部的相邻裂缝网格之间、裂缝网格和井网格之间的连接对，并记录计算网格间传导率需要的参数；步骤四：结合连通性表，根据嵌入式离散裂缝模型理论推导并计算网格间传导率的几何参数部分，根据中心加权方法推导并计算网格间传导率的弱非线性部分；步骤五：结合连通性表，分别对质量交换项和质量累积项进行处理，组装渗流微分方程的矩阵方程。

基于有限体积法的离散裂缝模型两相流动模拟吕心瑞;姚军;黄朝琴;赵娟【期刊名称】《西南石油大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2012(000)006【摘要】正确认识裂缝性油藏流体流动规律是其高效开发的基础，离散裂缝模型因其对裂缝予以显式降维处理，能够大大提高计算效率而逐渐成为当前研究的热点.有限体积法在控制体单元上具有明确的物理意义，能够严格保证局部质量守恒，适用于流场性质不连续的情况.基于Delaunay三角网的对偶网格构建有限体积控制单元，推导了离散裂缝模型油水两相流动控制方程的有限体积数值计算格式，实现了离散裂缝模型油水两相数值模拟，通过算例验证了该方法的正确性与高效性.研究表明：该方法能够严格保证局部质量守恒，计算过程中收敛性较好，适用于离散裂缝油藏的数值模拟，与单孔隙介质模型计算结果具有很好的一致性，计算效率提高2.5∼3.0倍.【总页数】8页(P123-130)【作者】吕心瑞;姚军;黄朝琴;赵娟【作者单位】中国石化石油勘探开发研究院,北京海淀 100083; 中国石油大学华东石油工程学院,山东青岛 266555;中国石油大学华东石油工程学院,山东青岛266555;中国石油大学华东石油工程学院,山东青岛 266555;中国石油大学华东石油工程学院,山东青岛 266555; 中海油研究总院,北京东城 100027【正文语种】中文【中图分类】TE319【相关文献】1.基于模拟有限差分法的离散裂缝模型两相流动模拟 [J], 黄朝琴;高博;王月英;严侠;姚军2.基于Brown构形场的有限体积法在聚合物流动模拟中的应用 [J], 代向艳;欧阳洁;张小华;苏进3.基于页岩孔隙网络模型的油水两相流动模拟 [J], 王静怡;周志军;魏华彬;崔春雪4.基于有限体积法的非结构网格大涡模拟离散方法研究 [J], 熊英;关晖;吴锤结5.基于无结构网格单元中心有限体积法的二维对流扩散方程离散 [J], 耿艳芬;王志力;陆永军因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。