本發(fā)明涉及油氣田增產(chǎn)及水力壓裂
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體而言，涉及一種水力壓裂過程中裂縫內(nèi)壓裂液的壓力場(chǎng)獲取方法及裝置。
背景技術(shù)：
：目前水力壓裂技術(shù)已經(jīng)成為油氣田開發(fā)及油氣開采過程中廣泛使用的增產(chǎn)措施，尤其能夠提高非常規(guī)致密儲(chǔ)層(例如，頁巖油氣、煤層氣和致密砂巖氣等)開發(fā)的經(jīng)濟(jì)性和高效性。水力壓力技術(shù)的原理，就是利用地面高壓泵，通過井筒向油層擠注具有較高粘度的壓裂液。當(dāng)注入壓裂液的速度超過油層的吸收能力時(shí)，則在井底油層上形成很高的壓力，當(dāng)這種壓力超過井底附近油層巖石的破裂壓力時(shí)，油層將被壓開并產(chǎn)生裂縫，此時(shí)繼續(xù)向地層注入壓裂液就可以使裂縫繼續(xù)向油氣層擴(kuò)張，從而形成油氣與井筒之間的新通道。而水力壓裂是一個(gè)流固耦合問題，除了在外邊界有地應(yīng)力加載之外，在裂縫面上還加載有隨時(shí)間和裂縫形態(tài)變化的流體壓力。所以針對(duì)水力壓裂問題，需要建立裂縫內(nèi)流體流動(dòng)模型來描述裂縫內(nèi)流體的流動(dòng)和壓力分布，使之與巖石變形進(jìn)行耦合，進(jìn)而精確計(jì)算水力裂縫擴(kuò)展。但其數(shù)值模擬存在極大難點(diǎn)，主要表現(xiàn)為縫內(nèi)流體壓力場(chǎng)會(huì)影響巖石應(yīng)變場(chǎng)，進(jìn)而影響裂縫寬度分布，而裂縫寬度分布又會(huì)影響縫內(nèi)流體壓降，進(jìn)而影響縫內(nèi)壓力場(chǎng)分布，即這是一個(gè)雙向耦合問題。目前，主要通過半解析法和數(shù)值法求解該問題。半解析法方面主要通過彈性力學(xué)理論，推導(dǎo)出裂縫寬度和裂縫內(nèi)流體壓力之間關(guān)系的解析表達(dá)式，進(jìn)而將水力壓裂流固耦合問題轉(zhuǎn)換為流體壓力場(chǎng)求解問題，應(yīng)用范圍只使用于無限大地層單條裂縫擴(kuò)展問題。數(shù)值法方面，主要根據(jù)Reynolds理論和質(zhì)量守恒定理建立壓裂縫內(nèi)流體流動(dòng)模型，根據(jù)位移不連續(xù)法、有限元和擴(kuò)展有限元法建立巖石應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)求解模型。采用Picard迭代法求解縫內(nèi)流體壓力場(chǎng)，但是均未給出縫內(nèi)流體壓力場(chǎng)求解的具體過程，尤其沒有給出每個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)處裂縫寬度隨時(shí)間變化速率的獲取方法，而該點(diǎn)對(duì)于縫內(nèi)流體壓力求解是至關(guān)重要的。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：有鑒于此，本發(fā)明實(shí)施例的目的在于提供一種水力壓裂過程中裂縫內(nèi)壓裂液的壓力場(chǎng)獲取方法及裝置，以獲得更為準(zhǔn)確的水力壓裂過程中裂縫內(nèi)的壓裂液壓力場(chǎng)。本發(fā)明實(shí)施例提供的一種水力壓裂過程中裂縫內(nèi)壓裂液的壓力場(chǎng)獲取方法，包括：獲取求解區(qū)域地層的長(zhǎng)寬、裂縫長(zhǎng)度、地層參數(shù)、施工參數(shù)和流體壓力參數(shù)；根據(jù)所述求解區(qū)域地層的長(zhǎng)寬、裂縫長(zhǎng)度、地層參數(shù)、施工參數(shù)和初始流體壓力參數(shù)，獲取裂縫內(nèi)的巖石位移場(chǎng)；根據(jù)所述裂縫內(nèi)的巖石位移場(chǎng)獲取裂縫內(nèi)的各個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)處的裂縫寬度；根據(jù)所述裂縫內(nèi)的各個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)處的裂縫寬度獲取裂縫內(nèi)的預(yù)估流體壓力場(chǎng)；根據(jù)裂縫內(nèi)的所述預(yù)估流體壓力場(chǎng)和所述流體壓力參數(shù)判斷所述預(yù)估流體壓力場(chǎng)是否滿足收斂條件，若所述預(yù)估流體壓力場(chǎng)滿足收斂條件，則所述預(yù)估流體壓力場(chǎng)為所述水力壓裂過程中裂縫內(nèi)壓裂液的壓力場(chǎng)。本發(fā)明實(shí)施例提供的一種水力壓裂過程中裂縫內(nèi)壓裂液的壓力場(chǎng)的獲取裝置，包括：初始參數(shù)獲取模塊，用于獲取求解區(qū)域地層的長(zhǎng)寬、裂縫長(zhǎng)度、地層參數(shù)、施工參數(shù)和流體壓力參數(shù)；巖石位移場(chǎng)獲取模塊，用于根據(jù)所述求解區(qū)域地層的長(zhǎng)寬、裂縫長(zhǎng)度、地層參數(shù)、施工參數(shù)和初始流體壓力參數(shù)，獲取裂縫內(nèi)的巖石位移場(chǎng)；裂縫寬度獲取模塊，用于根據(jù)所述裂縫內(nèi)的巖石位移場(chǎng)獲取裂縫內(nèi)的各個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)處的裂縫寬度；預(yù)估流體壓力場(chǎng)獲取模塊，用于根據(jù)所述裂縫內(nèi)的各個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)處的裂縫寬度獲取裂縫內(nèi)的預(yù)估流體壓力場(chǎng)；判斷模塊，用于根據(jù)裂縫內(nèi)的所述預(yù)估流體壓力場(chǎng)和所述流體壓力參數(shù)判斷所述預(yù)估流體壓力場(chǎng)是否滿足收斂條件，若所述預(yù)估流體壓力場(chǎng)滿足收斂條件，則所述預(yù)估流體壓力場(chǎng)為所述水力壓裂過程中裂縫內(nèi)壓裂液的壓力場(chǎng)。本發(fā)明提供的一種水力壓裂過程中裂縫內(nèi)壓裂液的壓力場(chǎng)獲取方法，通過得到水力壓裂過程中求解區(qū)域的初始參數(shù)如，地層的長(zhǎng)寬、裂縫長(zhǎng)度、地層參數(shù)、施工參數(shù)和流體壓力參數(shù)等，利用該初始參數(shù)獲得巖石位移場(chǎng)，并根據(jù)巖石位移場(chǎng)得到各個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)的裂縫寬度，并以此得到裂縫內(nèi)的預(yù)估流體壓力場(chǎng)；然后根據(jù)該預(yù)估流體壓力場(chǎng)和流體壓力參數(shù)來判斷是否滿足收斂的容差條件，若滿足就可判定該預(yù)估流體壓力場(chǎng)為所述水力壓裂過程中裂縫內(nèi)壓裂液的壓力場(chǎng)，若不滿足收斂條件就將該預(yù)估流體壓力場(chǎng)返回流體壓力參數(shù)繼續(xù)迭代，直到滿足收斂若差即可輸出壓裂液的壓力場(chǎng)。如此，更加方便準(zhǔn)確的得到縫內(nèi)的壓裂液的壓力場(chǎng)。本發(fā)明提供的一種水力壓裂過程中裂縫內(nèi)壓裂液的壓力場(chǎng)獲取裝置，該裝置能夠?qū)⑸鲜鏊毫堰^程中裂縫內(nèi)壓裂液的壓力場(chǎng)獲取方法于其上，能夠得到通過輸入解區(qū)域的初始參數(shù)如，地層的長(zhǎng)寬、裂縫長(zhǎng)度、地層參數(shù)、施工參數(shù)和流體壓力參數(shù)等，以此進(jìn)行后續(xù)的計(jì)算，并最終以表格或圖像或其他能夠表述縫內(nèi)壓裂液的流體壓力場(chǎng)結(jié)果的形式，輸出更加準(zhǔn)確的裂縫內(nèi)的壓裂液的壓力場(chǎng)。為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉較佳實(shí)施例，并配合所附附圖，作詳細(xì)說明如下。附圖說明為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，應(yīng)當(dāng)理解，以下附圖僅示出了本發(fā)明的某些實(shí)施例，因此不應(yīng)被看作是對(duì)范圍的限定，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他相關(guān)的附圖。圖1為本發(fā)明較佳實(shí)施例提供的應(yīng)用水力壓裂過程中裂縫內(nèi)壓裂液的壓力場(chǎng)獲取裝置的本地終端的方框示意圖；圖2為本發(fā)明較佳實(shí)施例提供的一種水力壓裂過程中裂縫內(nèi)壓裂液的壓力場(chǎng)獲取方法的方法流程圖；圖3為本發(fā)明較佳實(shí)施例提供的一種水力壓裂過程中裂縫內(nèi)壓裂液的壓力場(chǎng)獲取方法中的巖石位移場(chǎng)獲取步驟的流程圖；圖4為本發(fā)明較佳實(shí)施例提供的一種水力壓裂過程中裂縫內(nèi)壓裂液的壓力場(chǎng)獲取方法中的根據(jù)巖體控制方程和第一邊界條件獲取巖石位移場(chǎng)詳細(xì)步驟流程圖；圖5為本發(fā)明較佳實(shí)施例提供的一種水力壓裂過程中裂縫內(nèi)壓裂液的壓力場(chǎng)獲取方法中的獲取預(yù)估流體壓力場(chǎng)的流程圖；圖6為本發(fā)明較佳實(shí)施例提供的一種水力壓裂過程中裂縫內(nèi)壓裂液的壓力場(chǎng)獲取裝置的方框圖；圖7為本發(fā)明的第三實(shí)施例中提供的詳細(xì)數(shù)據(jù)圖；圖8為本發(fā)明的第三實(shí)施例中所計(jì)算區(qū)域的受力示意圖；圖9為本發(fā)明的第三實(shí)施例中以軟件流程實(shí)現(xiàn)的流程圖；圖10為本發(fā)明的第三實(shí)施例中的裂縫內(nèi)的流體壓力場(chǎng)與壓裂液的粘度關(guān)系圖。具體實(shí)施方式下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。通常在此處附圖中描述和示出的本發(fā)明實(shí)施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設(shè)計(jì)。因此，以下對(duì)在附圖中提供的本發(fā)明的實(shí)施例的詳細(xì)描述并非旨在限制要求保護(hù)的本發(fā)明的范圍，而是僅僅表示本發(fā)明的選定實(shí)施例。基于本發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。應(yīng)注意到：相似的標(biāo)號(hào)和字母在下面的附圖中表示類似項(xiàng)，因此，一旦某一項(xiàng)在一個(gè)附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步定義和解釋。同時(shí)，在本發(fā)明的描述中，術(shù)語“第一”、“第二”等僅用于區(qū)分描述，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性。如圖1所示，是本地終端100(本發(fā)明整體硬件裝置)的方框示意圖。所述本地終端100包括水力壓裂過程中裂縫內(nèi)壓裂液的壓力場(chǎng)獲取裝置110、存儲(chǔ)器101、存儲(chǔ)控制器102、處理器103、外設(shè)接口104、輸入輸出單元105、顯示單元106。所述存儲(chǔ)器101、存儲(chǔ)控制器102、處理器103、外設(shè)接口104、輸入輸出單元105、顯示單元106各元件相互之間直接或間接地電性連接，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸或交互。例如，這些元件相互之間可通過一條或多條通訊總線或信號(hào)線實(shí)現(xiàn)電性連接。所述本地終端100包括至少一個(gè)可以軟件或固件(firmware)的形式存儲(chǔ)于所述存儲(chǔ)器101中或固化在所述本地終端100的操作系統(tǒng)(operatingsystem，OS)中的軟件功能模塊。所述處理器103用于執(zhí)行存儲(chǔ)器101中存儲(chǔ)的可執(zhí)行模塊，例如所述本地終端100包括的軟件功能模塊或計(jì)算機(jī)程序。其中，存儲(chǔ)器101可以是，但不限于，隨機(jī)存取存儲(chǔ)器101(RandomAccessMemory，RAM)，只讀存儲(chǔ)器101(ReadOnlyMemory，ROM)，可編程只讀存儲(chǔ)器101(ProgrammableRead-OnlyMemory，PROM)，可擦除只讀存儲(chǔ)器101(ErasableProgrammableRead-OnlyMemory，EPROM)，電可擦除只讀存儲(chǔ)器(ElectricErasableProgrammableRead-OnlyMemory，EEPROM)等。其中，存儲(chǔ)器101用于存儲(chǔ)程序，所述處理器103在接收到執(zhí)行指令后，執(zhí)行所述程序，前述本發(fā)明實(shí)施例任一實(shí)施例揭示的流過程定義的服務(wù)器所執(zhí)行的方法可以應(yīng)用于處理器103中，或者由處理器103實(shí)現(xiàn)。處理器103可能是一種集成電路芯片，具有信號(hào)的處理能力。上述的處理器103可以是通用處理器，包括中央處理器(CentralProcessingUnit，簡(jiǎn)稱CPU)、網(wǎng)絡(luò)處理器(NetworkProcessor，簡(jiǎn)稱NP)等；還可以是數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)、專用集成電路(ASIC)、現(xiàn)成可編程門陣列(FPGA)或者其他可編程邏輯器件、分立門或者晶體管邏輯器件、分立硬件組件?？梢詫?shí)現(xiàn)或者執(zhí)行本發(fā)明實(shí)施例中的公開的各方法、步驟及邏輯框圖。通用處理器可以是微處理器或者該處理器103也可以是任何常規(guī)的處理器103等。所述外設(shè)接口104將各種輸入/輸入裝置耦合至處理器103以及存儲(chǔ)器101。在一些實(shí)施例中，外設(shè)接口104，處理器103以及存儲(chǔ)控制器102可以在單個(gè)芯片中實(shí)現(xiàn)。在其他一些實(shí)例中，他們可以分別由獨(dú)立的芯片實(shí)現(xiàn)。輸入輸出單元105用于提供給用戶輸入數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)用戶與所述服務(wù)器(或本地終端)的交互。所述輸入輸出單元105可以是，但不限于，鼠標(biāo)和鍵盤等。顯示單元106在所述服務(wù)器(或本地終端)與用戶之間提供一個(gè)交互界面(例如用戶操作界面)或用于顯示圖像數(shù)據(jù)給用戶參考。在本實(shí)施例中，所述顯示單元106可以是液晶顯示器或觸控顯示器。若為觸控顯示器，其可為支持單點(diǎn)和多點(diǎn)觸控操作的電容式觸控屏或電阻式觸控屏等。支持單點(diǎn)和多點(diǎn)觸控操作是指觸控顯示器能感應(yīng)到來自該觸控顯示器上一個(gè)或多個(gè)位置處同時(shí)產(chǎn)生的觸控操作，并將該感應(yīng)到的觸控操作交由處理器103進(jìn)行計(jì)算和處理。第一實(shí)施例請(qǐng)參閱圖2，是本發(fā)明較佳實(shí)施例中提供的應(yīng)用于水力壓裂過程中裂縫內(nèi)壓裂液的壓力場(chǎng)獲取裝置的水力壓裂過程中裂縫內(nèi)壓裂液的壓力場(chǎng)獲取方法的方法流程圖。下面將對(duì)圖2所示的具體流程進(jìn)行詳細(xì)闡述。步驟S101，獲取求解區(qū)域地層的長(zhǎng)寬、裂縫長(zhǎng)度、地層參數(shù)、施工參數(shù)和流體壓力參數(shù)。具體的，其中求解區(qū)域的地層的長(zhǎng)寬即在該地層所在位置建立坐標(biāo)系之后，對(duì)應(yīng)該計(jì)算區(qū)域x方向上的長(zhǎng)度和y方向上的長(zhǎng)度。上述的裂縫長(zhǎng)度，即為在水力壓裂過程中所產(chǎn)生的裂縫長(zhǎng)度；地層參數(shù)有最大水平地應(yīng)力σH、最小水平地應(yīng)力σh、巖石彈性模量E和巖石泊松比v；施工參數(shù)具體有壓裂液排量Q0和壓裂液粘度μ；流體壓力參數(shù)，為該水力壓裂裂縫中的尖端處的流體壓力和裂縫內(nèi)初始流體壓力p1，此外，該流體壓力參數(shù)還包括有，后續(xù)計(jì)算過程中所產(chǎn)生的每個(gè)不滿足輸出條件的預(yù)估流體壓力場(chǎng)(在此不過多贅述，在后面的步驟S104和步驟S105將對(duì)該預(yù)估流體壓力場(chǎng)作詳細(xì)介紹)。需要說明的是，上述的參數(shù)包括所列舉出來的主要參數(shù)，但不僅僅限于所列舉的參數(shù)，應(yīng)當(dāng)要可以包括一些未列舉的已知的數(shù)學(xué)或者物理常量等。步驟S102，根據(jù)所述求解區(qū)域地層的長(zhǎng)寬、裂縫長(zhǎng)度、地層參數(shù)、施工參數(shù)和初始流體壓力參數(shù)，獲取裂縫內(nèi)的巖石位移場(chǎng)。在該步驟中，請(qǐng)參看圖3，對(duì)于巖石位移的獲得可以包括以下步驟：步驟S201，根據(jù)所述地層參數(shù)建立獲取水力壓裂過程中的巖體控制方程和第一邊界條件；步驟S202，根據(jù)所述巖體控制方程和所述第一邊界條件獲取所述巖石位移場(chǎng)。巖體控制方程是運(yùn)用巖石力學(xué)理論和擴(kuò)展有限元理論建立壓裂過程中的巖石位移和應(yīng)力場(chǎng)變化模型以及所輸入的地層參數(shù)等來獲得。進(jìn)一步的，可以包括以下內(nèi)容，巖石平衡方程：應(yīng)變—位移關(guān)系方程：ε＝Lu；彈性體本構(gòu)方程：σ＝Dε；對(duì)上述方程添加第一邊界條件：上述方程中：σ＝[σxxσyyτxy]T——柯西應(yīng)力張量，單位MPa；——力邊界上的應(yīng)力向量，單位MPa；——位移邊界上的位移向量，單位m；ε＝[εxxεyyγxy]T——平面應(yīng)變；——平面問題的微分算子；——彈性矩陣。Fx,Fy——力邊界上x和y方向應(yīng)力，MPa；p——流體壓力，MPa；——位移邊界上x和y方向位移，m。根據(jù)以上的公式獲取巖石的位移場(chǎng)(根據(jù)所述巖體控制方程和所述第一邊界條件獲取所述巖石位移場(chǎng))的具體過程可以參看圖4，該圖進(jìn)一步示出了步驟S202的具體細(xì)節(jié)步驟。步驟S211，根據(jù)所述巖石平衡方程和所述第一邊界條件獲得獲取巖石平衡方程的弱形式。具體的說，例如，對(duì)巖石平衡方程乘以變分函數(shù)并積分后可得方程：進(jìn)一步的，帶入第一邊界條件后可得到巖石平衡方程的弱形式其中，——裂縫面的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣；——裂縫面單位法向向量，二維情況下步驟S212，根據(jù)所述巖體控制方程獲得獲取裂縫內(nèi)的不連續(xù)面的位移的擴(kuò)展有限元插值函數(shù)；具體的說，對(duì)巖體控制方程進(jìn)行擴(kuò)展有限元(XFEM)離散：含有不連續(xù)面(裂縫)巖體的位移擴(kuò)展有限元插值函數(shù)表示如下式，式中ua——節(jié)點(diǎn)位移向量的連續(xù)部分(即與CFEM相同的部分，a類自由度)；ub——與Heaviside階躍函數(shù)相關(guān)的節(jié)點(diǎn)改進(jìn)自由度向量(b類自由度)；uc——與線彈性裂尖分支函數(shù)相關(guān)的節(jié)點(diǎn)改進(jìn)自由度向量(c類自由度)；H(x)——Heaviside階躍函數(shù)；ψl(x)——從局部位移場(chǎng)的精確解析式中提取的線彈性裂尖分支函數(shù)；S——網(wǎng)格中所有節(jié)點(diǎn)的集合；SH——被裂紋面Γc切割的單元內(nèi)節(jié)點(diǎn)的集合；SC——裂尖所在單元內(nèi)節(jié)點(diǎn)的集合。步驟S213，根據(jù)所述裂縫內(nèi)的不連續(xù)面的位移的擴(kuò)展有限元插值函數(shù)，獲取不連續(xù)巖體的應(yīng)變表達(dá)式；具體的說，如下，通過求導(dǎo)可獲得不連續(xù)巖體的應(yīng)變表達(dá)式：ϵ=Lu=Baua‾+Bbub‾+Bcuc‾]]>該式中，Ba=Ni,x00Ni,yNi,yNi,x]]>Bb=Ni,x[H(x)-H(xi)]00Ni,y[H(x)-H(xi)]Ni,y[H(x)-H(xi)]Ni,x[H(x)-H(xi)]]]>Bc=Ni,x[ψl(x)-ψl(xi)]+Niψl(x),x00Ni,y[ψl(x)-ψl(xi)]+Niψl(x),yNi,y[ψl(x)-ψl(xi)]+Niψl(x),yNi,x[ψl(x)-ψl(xi)]+Niψl(x),x]]>步驟S214，根據(jù)所述巖石平衡方程的弱形式，所述裂縫內(nèi)的不連續(xù)面位移的擴(kuò)展有限元插值函數(shù)和所述不連續(xù)巖體的應(yīng)變表達(dá)式，獲取所述巖石位移場(chǎng)；具體的說，如下，將裂縫內(nèi)的不連續(xù)面位移的擴(kuò)展有限元插值函數(shù)的表達(dá)式和不連續(xù)巖體的應(yīng)變表達(dá)式帶入到巖石平衡方程的弱形式的表達(dá)式中即可求解得到巖石位移場(chǎng)，KaaKabKacKbaKbbKbcKcaKcbKccua‾ub‾uc‾=Fa‾Fb‾Fc‾]]>其中，Kαβ＝∫ΩBαT·D·BβdΩα,β＝a,b,c；步驟S103，根據(jù)所述裂縫內(nèi)的巖石位移場(chǎng)獲取裂縫內(nèi)的各個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)處的裂縫寬度。該步驟中，可直接對(duì)上述的巖石位移場(chǎng)進(jìn)行求解即可得到，如下式(各個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)將在面的步驟S104中作出說明與解釋)，步驟S104，根據(jù)所述裂縫內(nèi)的各個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)處的裂縫寬度獲取裂縫內(nèi)的預(yù)估流體壓力場(chǎng)。該步驟具體的說，還包括以下過程，請(qǐng)參照?qǐng)D5，圖5示出了該預(yù)估流體壓力場(chǎng)的詳細(xì)求解過程，包括：步驟S221，根據(jù)所述施工參數(shù)、所述流體壓力參數(shù)和所述裂縫長(zhǎng)度獲取流場(chǎng)控制方程和第二邊界條件。具體內(nèi)容如下，根據(jù)Reynolds理論和質(zhì)量守恒定理建立壓裂縫內(nèi)流體流動(dòng)模型，包括以下公式，建立壓裂液的體積流速方程：建立物質(zhì)平衡方程：并根據(jù)體積流速方程和物質(zhì)平衡方程消去參數(shù)q即可得到裂縫流場(chǎng)控制方程：上式中，p-縫內(nèi)流體壓力，MPa；s-裂縫一維坐標(biāo)，m；μ-壓裂液粘度，mPa.s；q-為截面流量，m2/s；w-為裂縫寬度，m；t-時(shí)間，s。需要對(duì)上述的流場(chǎng)控制方程進(jìn)行求解，就需要添加第二邊界條件作為定解條件：其中，式中：Q0——縫口排量,m2/s；——裂縫尖端處流體壓力，MPa。上述第二邊界條件中的裂縫尖端處流體壓力是由對(duì)角元素乘大數(shù)法確定。步驟S222，根據(jù)所述流場(chǎng)控制方程獲取所述流場(chǎng)控制方程的等效積分弱形式；步驟S223，根據(jù)所述流場(chǎng)控制方程的等效積分弱形式和所述第二邊界條件獲得獲取裂縫內(nèi)的各個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)處的裂縫寬度隨時(shí)間的變化關(guān)系；具體的說，在本發(fā)明中，要求解該流場(chǎng)控制方程需要使用有限元法和有限差分法，對(duì)裂縫內(nèi)的流場(chǎng)控制方程中的流體壓力采用Lagrange插值進(jìn)行離散，可得其中，n為一維單元的節(jié)點(diǎn)數(shù)，為標(biāo)準(zhǔn)有限元的形函數(shù)。同時(shí)得到各個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)，和每個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)處每個(gè)節(jié)點(diǎn)處的縫寬隨時(shí)間變化關(guān)系(變化率)和縫寬w，每個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)即每個(gè)離散單元的端點(diǎn)。其中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)處的縫寬隨時(shí)間變化關(guān)系為：∂w∂t=ΔwΔt=wi24μwi+1-wiΔspi+1-piΔs+wi312μpi+1-2pi+pi-1Δs2.]]>進(jìn)一步的，采用Galerkin有限元即可得到裂縫流場(chǎng)控制方程的等效積分弱形式：對(duì)上式右邊進(jìn)行分部積分并利用第二邊界條件可得：優(yōu)選地，本發(fā)明采用兩點(diǎn)插值，即n＝2,則有以及所以可得到：其中，縫寬隨時(shí)間變化率和縫寬w已在上述過程中解出。另外在本步驟中需要說明的是該采用的插值點(diǎn)數(shù)為2，但不限于2，也可以為其他點(diǎn)數(shù)，大于2。所以，已知w和后根據(jù)上述的公式即可求得預(yù)估流體壓力場(chǎng)。步驟S105，根據(jù)裂縫內(nèi)的所述預(yù)估流體壓力場(chǎng)和所述流體壓力參數(shù)判斷所述預(yù)估流體壓力場(chǎng)是否滿足收斂條件，若所述預(yù)估流體壓力場(chǎng)滿足收斂條件，則所述預(yù)估流體壓力場(chǎng)為所述水力壓裂過程中裂縫內(nèi)壓裂液的壓力場(chǎng)。在該步驟S105中，可以解釋為，當(dāng)兩個(gè)迭代步的壓力分布足夠接近時(shí)，即獲得的預(yù)估流體壓力場(chǎng)與初始流體壓力場(chǎng)相比較，其滿足收斂條件就將該預(yù)估壓力場(chǎng)作為水力壓裂過程中裂縫內(nèi)壓裂液的壓力場(chǎng)。若不滿足，則將該預(yù)估流體壓力場(chǎng)返回步驟S101中，替換流體壓力參數(shù)中的初始流體壓力繼續(xù)進(jìn)行后續(xù)步驟直到滿足收斂條件為止。該收斂條件可表示為：式中：——第i個(gè)節(jié)點(diǎn)第k個(gè)計(jì)算的流體壓力，MPa；——第i個(gè)節(jié)點(diǎn)第k+1個(gè)計(jì)算的流體壓力，MPa；Tol——收斂容差。需要說明的是，判斷該收斂的方法不限于此，常用的判斷收斂的數(shù)學(xué)方法都可以在本發(fā)明中使用。第二實(shí)施例請(qǐng)參照?qǐng)D6，該圖示出了本實(shí)施例中的一種水力壓裂過程中裂縫內(nèi)壓裂液的壓力場(chǎng)獲取裝置200，上述的第一實(shí)施例的一種水力壓裂過程中裂縫內(nèi)壓裂液的壓力場(chǎng)獲取方法可以應(yīng)用于該裝置中；該裝置具體包括：初始參數(shù)獲取模塊201、巖石位移場(chǎng)獲取模塊202、裂縫寬度獲取模塊203、預(yù)估流體壓力場(chǎng)獲取模塊204和判斷模塊205。初始參數(shù)獲取模塊201，用于獲取求解區(qū)域地層的長(zhǎng)寬、裂縫長(zhǎng)度、地層參數(shù)、施工參數(shù)和流體壓力參數(shù)；其中包括但不限于求解區(qū)域地層的長(zhǎng)寬、裂縫長(zhǎng)度、地層參數(shù)、施工參數(shù)和流體壓力參數(shù)，還有能夠直接使用的常見數(shù)學(xué)或物理常量或其他參數(shù)等。巖石位移場(chǎng)獲取模塊202，用于根據(jù)所述求解區(qū)域地層的長(zhǎng)寬、裂縫長(zhǎng)度、地層參數(shù)、施工參數(shù)和初始流體壓力參數(shù)，獲取裂縫內(nèi)的巖石位移場(chǎng)。巖石位移場(chǎng)獲取模塊202還用于，根據(jù)地層參數(shù)建立獲取水力壓裂過程中的巖石位移巖體控制方程和應(yīng)力場(chǎng)變化模型和第一邊界條件；還用于根據(jù)巖體控制方程和第一邊界條件獲取所述巖石位移場(chǎng)；還用于根據(jù)地層參數(shù)獲取巖石平衡方程、巖石應(yīng)變與位移方程和彈性體本構(gòu)方程；還用于根據(jù)巖石平衡方程和所述第一邊界條件獲取巖石平衡方程的弱形式；根據(jù)巖體控制方程獲取裂縫內(nèi)的不連續(xù)面位移的擴(kuò)展有限元插值函數(shù)；根據(jù)所述裂縫內(nèi)的不連續(xù)面位移的擴(kuò)展有限元插值函數(shù)，獲取不連續(xù)巖體的應(yīng)變表達(dá)式；根據(jù)所述巖石平衡方程的弱形式，所述裂縫內(nèi)的不連續(xù)面位移的擴(kuò)展有限元插值函數(shù)和所述不連續(xù)巖體的應(yīng)變表達(dá)式，獲取所述巖石位移場(chǎng)。裂縫寬度獲取模塊203，用于根據(jù)所述裂縫內(nèi)的巖石位移場(chǎng)獲取裂縫內(nèi)的各個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)處的裂縫寬度；該裂縫寬度和計(jì)算節(jié)點(diǎn)為經(jīng)過有限差分法方法和有限元法處理后得到，計(jì)算節(jié)點(diǎn)為每個(gè)離散單元的端點(diǎn)。預(yù)估流體壓力場(chǎng)獲取模塊204，用于根據(jù)所述裂縫內(nèi)的各個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)處的裂縫寬度獲取裂縫內(nèi)的預(yù)估流體壓力場(chǎng)；預(yù)估流體壓力場(chǎng)獲取模塊204還用于，根據(jù)施工參數(shù)、流體壓力參數(shù)和裂縫長(zhǎng)度獲取流場(chǎng)控制方程和第二邊界條件；根據(jù)流場(chǎng)控制方程獲取所述流場(chǎng)控制方程的等效積分弱形式；根據(jù)流場(chǎng)控制方程的等效積分弱形式和第二邊界條件獲取裂縫內(nèi)的各個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)處的裂縫寬度隨時(shí)間的變化關(guān)系；根據(jù)各個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)處的裂縫寬度隨時(shí)間的變化關(guān)系和所述各個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)處的裂縫寬度，獲取所述預(yù)估流體壓力場(chǎng)。預(yù)估流體壓力場(chǎng)獲取模塊204還用于，根據(jù)施工參數(shù)、流體壓力參數(shù)和裂縫長(zhǎng)度獲取水力壓裂過程中壓裂液的體積流速方程和物質(zhì)平衡方程；根據(jù)體積流速方程和所述物質(zhì)平衡方程，得到流場(chǎng)控制方程；根據(jù)對(duì)角元素乘大數(shù)法，得到裂縫尖端處的流體壓力；根據(jù)裂縫尖端處的流體壓力得到第二邊界條件。還用于對(duì)流場(chǎng)控制方程中的流體壓力進(jìn)行插值離散和有限元得到裂縫內(nèi)的各個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)，和各個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)處的裂縫寬度隨時(shí)間的變化關(guān)系。判斷模塊205，用于根據(jù)裂縫內(nèi)的所述預(yù)估流體壓力場(chǎng)和所述流體壓力參數(shù)判斷所述預(yù)估流體壓力場(chǎng)是否滿足收斂條件，若所述預(yù)估流體壓力場(chǎng)滿足收斂條件，則所述預(yù)估流體壓力場(chǎng)為所述水力壓裂過程中裂縫內(nèi)壓裂液的壓力場(chǎng)。其中的收斂條件為，但不限于，式中：——第i個(gè)節(jié)點(diǎn)第k個(gè)計(jì)算的流體壓力，MPa；——第i個(gè)節(jié)點(diǎn)第k+1個(gè)計(jì)算的流體壓力，MPa；Tol——收斂容差。第三實(shí)施例在本實(shí)施例中，請(qǐng)參照?qǐng)D7，提供了實(shí)施例一和實(shí)施例二中的求解區(qū)域地層的長(zhǎng)寬、裂縫長(zhǎng)度、地層參數(shù)、施工參數(shù)和流體壓力參數(shù)的具體數(shù)值，包括：最大水平地應(yīng)力σH/MPa，45。最小水平地應(yīng)力σh/MPa，34。裂縫內(nèi)初始流體壓力p1(s)/MPa，36。裂縫尖端處的流體壓力/Mpa，36。巖石彈性模量E/MPa，25000。壓裂液排量Q0/m2/s，0.005。壓裂液粘度μ/mPa.s，20、40、60。巖石泊松比ν，0.2。裂縫長(zhǎng)度L/m，5.4。計(jì)算區(qū)域x方向長(zhǎng)度/m，20。計(jì)算區(qū)域y方向長(zhǎng)度/m，20。收斂容差Tol，0.01。本實(shí)施例的數(shù)據(jù)僅作為舉例說明，不理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限定。為了便于理解可以參照?qǐng)D8的求解區(qū)域的受力圖。具體的，求解水力壓裂過程中的裂縫內(nèi)的壓裂液壓力場(chǎng)的過程可表示為圖9，該圖為以算法程序?qū)崿F(xiàn)的該壓裂液壓力場(chǎng)的獲取方法的流程圖。開始，1、輸入：地層長(zhǎng)寬、裂縫長(zhǎng)度、流體壓力參數(shù)；地層參數(shù)：σH、σh、ν、E；施工參數(shù)：Q0、μ。2、計(jì)算出巖石位移場(chǎng)解巖石位移場(chǎng)得到的第k計(jì)算步的縫寬wk；3、根據(jù)第k步縫寬計(jì)算出該步預(yù)估流體壓力場(chǎng)Pk+1。4、根據(jù)收斂判斷條件Σi=1n|pk+1i-pki|Σi=1n|pk+1i|<Tol]]>判斷該步計(jì)算出的預(yù)估流體壓力場(chǎng)是否滿足收斂條件；5、若滿足收斂條件則，Pk+1為裂縫內(nèi)壓裂液的壓力場(chǎng)P(s)；若不滿足則將Pk+1返回步驟1中繼續(xù)循環(huán)直到滿足收斂條件為止，即可得到壓裂液的壓力場(chǎng)。如圖10所示，為使用該方法獲取到的不同壓裂液粘度時(shí)縫內(nèi)流體壓力場(chǎng)(壓裂液粘度20、40、60)，可見流體粘度越大，縫內(nèi)壓力越高，壓降越大，使用該方法的獲取的結(jié)果當(dāng)輸入壓裂液的參數(shù)不同時(shí)能非常的明顯的區(qū)分，并且能夠清晰的表述出縫內(nèi)不同位置的不同壓強(qiáng)與其具體數(shù)值。綜上所述，本發(fā)明提供的一種水力壓裂過程中裂縫內(nèi)壓裂液的壓力場(chǎng)獲取方法與裝置，通過得到水力壓裂過程中求解區(qū)域的初始參數(shù)如，地層的長(zhǎng)寬、裂縫長(zhǎng)度、地層參數(shù)、施工參數(shù)和流體壓力參數(shù)等，利用該初始參數(shù)獲得巖石位移場(chǎng)，并根據(jù)巖石位移場(chǎng)得到各個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)的裂縫寬度，并以此得到裂縫內(nèi)的預(yù)估流體壓力場(chǎng)；然后根據(jù)該預(yù)估流體壓力場(chǎng)和流體壓力參數(shù)來判斷是否滿足收斂的容差條件，若滿足就可判定該預(yù)估流體壓力場(chǎng)為所述水力壓裂過程中裂縫內(nèi)壓裂液的壓力場(chǎng)，若不滿足收斂條件就將該預(yù)估流體壓力場(chǎng)返回流體壓力參數(shù)繼續(xù)迭代，直到滿足收斂若差即可輸出壓裂液的壓力場(chǎng)。如此，得到精確度顯著提高的縫內(nèi)的壓裂液的壓力場(chǎng)。在本申請(qǐng)所提供的幾個(gè)實(shí)施例中，應(yīng)該理解到，所揭露的裝置和方法，也可以通過其它的方式實(shí)現(xiàn)。以上所描述的裝置實(shí)施例僅僅是示意性的，例如，附圖中的流程圖和框圖顯示了根據(jù)本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例的裝置、方法和計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的可能實(shí)現(xiàn)的體系架構(gòu)、功能和操作。在這點(diǎn)上，流程圖或框圖中的每個(gè)方框可以代表一個(gè)模塊、程序段或代碼的一部分，所述模塊、程序段或代碼的一部分包含一個(gè)或多個(gè)用于實(shí)現(xiàn)規(guī)定的邏輯功能的可執(zhí)行指令。也應(yīng)當(dāng)注意，在有些作為替換的實(shí)現(xiàn)方式中，方框中所標(biāo)注的功能也可以以不同于附圖中所標(biāo)注的順序發(fā)生。例如，兩個(gè)連續(xù)的方框?qū)嶋H上可以基本并行地執(zhí)行，它們有時(shí)也可以按相反的順序執(zhí)行，這依所涉及的功能而定。也要注意的是，框圖和/或流程圖中的每個(gè)方框、以及框圖和/或流程圖中的方框的組合，可以用執(zhí)行規(guī)定的功能或動(dòng)作的專用的基于硬件的系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，或者可以用專用硬件與計(jì)算機(jī)指令的組合來實(shí)現(xiàn)。另外，在本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例中的各功能模塊可以集成在一起形成一個(gè)獨(dú)立的部分，也可以是各個(gè)模塊單獨(dú)存在，也可以兩個(gè)或兩個(gè)以上模塊集成形成一個(gè)獨(dú)立的部分。所述功能如果以軟件功能模塊的形式實(shí)現(xiàn)并作為獨(dú)立的產(chǎn)品銷售或使用時(shí)，可以存儲(chǔ)在一個(gè)計(jì)算機(jī)可讀取存儲(chǔ)介質(zhì)中?；谶@樣的理解，本發(fā)明的技術(shù)方案本質(zhì)上或者說對(duì)現(xiàn)有技術(shù)做出貢獻(xiàn)的部分或者該技術(shù)方案的部分可以以軟件產(chǎn)品的形式體現(xiàn)出來，該計(jì)算機(jī)軟件產(chǎn)品存儲(chǔ)在一個(gè)存儲(chǔ)介質(zhì)中，包括若干指令用以使得一臺(tái)計(jì)算機(jī)設(shè)備(可以是個(gè)人計(jì)算機(jī)，服務(wù)器，或者網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等)執(zhí)行本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例所述方法的全部或部分步驟。而前述的存儲(chǔ)介質(zhì)包括：U盤、移動(dòng)硬盤、只讀存儲(chǔ)器(ROM，Read-OnlyMemory)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM，RandomAccessMemory)、磁碟或者光盤等各種可以存儲(chǔ)程序代碼的介質(zhì)。需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關(guān)系術(shù)語僅僅用來將一個(gè)實(shí)體或者操作與另一個(gè)實(shí)體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實(shí)體或操作之間存在任何這種實(shí)際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個(gè)……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。應(yīng)注意到：相似的標(biāo)號(hào)和字母在下面的附圖中表示類似項(xiàng)，因此，一旦某一項(xiàng)在一個(gè)附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步定義和解釋。以上所述，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本
技術(shù)領(lǐng)域：
的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)所述以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。當(dāng)前第1頁1 2 3