基于无网格法的井下岩层复合射孔爆燃气体劈裂过程分析

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51269024
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
  • 资助金额:
    50.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0905.水工岩土工程
  • 结题年份:
    2016
  • 批准年份:
    2012
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2013-01-01 至2016-12-31

项目摘要

Analysis of fracture process of the rockness in the oil well, drivened by the detonation gas during the complex perforation is a complex coupling problem includeing multiphase and multiphysical fields.At present,many modeles based on the quasi-stationary theory can not describe the complex process of gas flow and crack propagation truely,because the instantaneous change of gas,the dynamic response of rockness and their coupling relationship were simplfied and neglected.In this study,we conside those dynamic influence and analysis whole fracture process by meshless method mainly.Firstly,a theoretic model of gas flow in preliminary crack is established according to the flow property of detonantion gas in oil well.A pressure distribution function from analytic results of gas flow along the crack faces is concluded.Then,a new model simulated the crack propogation of the rockness under detonation gas loading based on the meshless method is presented.In this model,enriched meshless methods for crack approximations based on the idea of partition unity method and Meshless Local-Petrove procedure are developed,using a jump function by means of the displacement discontinuity along the crack faces and the asymptotic solution enrichment near the crack tip.With this model only nodal data are used to describe the crack,no geometrical entity is introduced for the crack trajectory,and no partitional differential equations need to be solved to update the level sets.Thirdly, using the both models introduced forward,coupling process between denotion gas flow and crack growing of rockness in the oil well is solved based on the combination of the fliud-solid governing equations.The mixed-mode stress intensity factors are evaluated by the interaction integral method. And the crack opening dispalcement and growing path are calculated by referencing relationship between crack normal displacment and pressure along the crack in gas flow model.Lastly,sevelal principle factors are discussed by numerical test ,and found out systematic measures for fracture works in oil well. This study not only does good to realize fracture nature of rockness with crack deeply,improve the level of study ,but also can give better advises for oil engineering and parameter optimization of the complex perforation.
井下岩层复合射孔爆燃气体劈裂过程分析是一个多相、多物理场的耦合作用问题,传统有限元在求解时面临诸多困难。本项目在流体力学、断裂力学和岩体力学的理论基础上,引入单位分解扩展无网格法,重点研究爆燃气体在裂缝内的流动规律、爆燃气体对含裂纹岩体的劈裂作用以及裂纹扩展对爆燃气体压力重分布的耦合机理,开发由复合射孔爆燃气体流动分析、岩体动态响应的无网格分析,裂纹动态扩展的无网格分析三大模块组成的软件包,讨论爆燃气体驱动裂纹扩展过程中井下岩体的受力特点,分析复合射孔技术参数、不同储层条件对裂纹形态的影响。与许多准静态理论模型相比,本项研究着重考虑缝内高压气体的瞬态变化、含裂纹岩体的动态响应以及它们之间的耦合作用,能较真实地反映气体流动和裂纹扩展的复杂过程。本项研究是岩土力学的前沿交叉课题,不仅有利于深入认识岩体断裂机理,提高致裂作用理论研究水平,而且能更好地指导工程实践,推动复合射孔参数的优化设计。

结项摘要

随着国民经济的快速发展和石油资源日益枯竭的现状,加强对低渗透油、气层的勘探和开采具有重大的战略意义。本课题借助无网格数值方法,对爆燃气体作用下井下岩层的劈裂过程开展数值模拟和分析。主要工作和重要结论为:(1)从单位分解思想出发,发展了单位分解扩展无网格法。该方法是求解岩石断裂力学十分有效地数值工具,不但继承了无网格Galerkin法(EFGM)计算精度高的特点,而且可以准确描述含裂纹岩体的不连续位移场和裂尖奇异场;(2)针对含裂纹岩体的裂纹动态扩展问题,提出了水平集与无网格耦合法。采用相互正交的两个水平集函数,隐式描述裂纹并自然地在裂纹尖端构成局部坐标系。与传统的无网格法相比,水平集与无网格耦合法无需使用可视法、衍射法或透明法,克服了这些方法在裂尖处人为引入的不连续且能很好地再生裂纹尖端奇异应力场场,提高了弹性问题的收敛性;节点影响域不受裂纹线切割的影响,在计算中往往使用较小的影响域,保持了整体刚度矩阵的带状、稀疏性;另外,水平集简化了附加节点的选取和附加函数的建立,其更新过程无需求解偏微分方程,实现简单且易于编程。数值算例表明,该方法模拟的裂纹路径与试验结果吻合的非常好,是追踪裂纹扩展十分有效的方法;(3)针对岩石上、下裂纹面的接触摩擦问题,提出了单位分解扩展无网格线性互补模型。该模型将接触方程转化为互补方程,使接触问题转化为线性规划问题求解,从而抛开了引入人工参量和繁琐的开、闭迭代运算。数值计算结果表明该方法可以有效地控制裂纹面间的相互嵌入,同时在裂纹面上可以得到与实际情况相同的应力分布;(4)提出了可求解多裂纹问题的改进无网格法,研究了多条次裂纹的长度、倾角对主裂纹应力强度因子的屏蔽作用;(5)研究不同水化学溶液对钙质砂岩力学特性和能量机制的影响,利用WDT–1500多功能材料试验机对化学腐蚀后饱和状态与自然状态钙质砂岩进行单轴压缩试验。试验结果表明:水化学溶液对钙质砂岩的强度特性与变形特性影响显著,腐蚀后其强度特征与抗变形能力均呈现不同程度的劣化,并具有明显的时间阶段性,化学腐蚀后砂岩有具有明显的脆性向延性转化的特征。

项目成果

期刊论文数量(16)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
模拟裂纹扩展的单位分解扩展无网格法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    计算力学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    马文涛;师俊平;李宁
  • 通讯作者:
    李宁
A meshless collocation approach with barycentric rational interpolation for two-dimensional hyperbolic telegraph equation
二维双曲电报方程重心有理插值无网格配置方法
  • DOI:
    10.1016/j.amc.2016.01.022
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Applied Mathematics and Computation
  • 影响因子:
    4
  • 作者:
    Ma; Wentao;Zhang; Baowen;Ma; Hailong
  • 通讯作者:
    Hailong
化学腐蚀对砂岩物理力学性质影响的试验研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    西安理工大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    韩铁林;师俊平;陈蕴生;马文涛
  • 通讯作者:
    马文涛
修正的内部基扩充无网格法求解多裂纹应力强度因子
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    工程力学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    马文涛;许艳;马海龙
  • 通讯作者:
    马海龙
重心 Lag range 插值配点法求解二维双曲电报方程
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    计算物理
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘婷;马文涛
  • 通讯作者:
    马文涛

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其他文献

南海溶解有机碳生产的定量评估
  • DOI:
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  • 期刊:
    中国科学. 地球科学
  • 影响因子:
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  • 作者:
    马文涛;修鹏;于溢;郑一灵;柴扉
  • 通讯作者:
    柴扉
基于最大相关熵准则的网络流量预测
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    高技术通讯
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    曲桦;马文涛;赵季红;王涛
  • 通讯作者:
    王涛
西安市家畜戊型肝炎病毒携带情况调查
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    中华流行病学杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张景霞;郑英杰;徐德忠;熊成龙;马文涛;陆一涵;姜庆五;邵中军
  • 通讯作者:
    邵中军
基于介电弹性体的合成射流驱动器流场仿真
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    水下无人系统学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    马文涛;汤超;李博;朱子才;陈花玲
  • 通讯作者:
    陈花玲
探讨水头增量及其变化率对水库诱发地震活动的影响——以紫坪铺水库为例[
  • DOI:
    10.3969/j.issn.0253-4967.2017.03.001
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    地震地质
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘远征;马瑾;马文涛;姜彤
  • 通讯作者:
    姜彤

其他文献

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热冲击作用下含界面非均匀材料断裂力学问题的高效无网格方法
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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