申请/专利权人：中国地震局地球物理研究所

申请日：2023-09-22

公开（公告）日：2024-05-31

公开（公告）号：CN117725632B

主分类号：G06F30/10

分类号：G06F30/10;G06F30/28;G06F119/14;G06F119/08;G06F111/10

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.05.31#授权;2024.04.05#实质审查的生效;2024.03.19#公开

摘要：本申请提出了一种热‑水‑力多场耦合作用下断层成核滑动的数值模拟方法，该方法包括：构建针对地热开发的三维注采整体几何模型；构建三维的热‑水‑力三物理场耦合数值模型，并计算断层上的温度引起的热应力以及流体引起的孔隙弹性应力和地应力；确定断层上的正应力、剪应力和流体压力；构建三维局部断层模型，通过局部耦合算子将正应力、剪应力和流体压力传递至局部断层模型；通过滑移弱化的摩擦本构方程计算断层滑移过程中的摩擦系数，并计算局部断层模型滑动后的剪应力，根据计算结果模拟三维局部断层模型成核滑动过程。该方法可以模拟地热开采中热‑水‑力多场耦合下的断层成核滑动,提高了模拟的准确性和全面性。

主权项：1.一种热-水-力多场耦合作用下断层成核滑动的数值模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：构建针对地热开发的三维注采整体几何模型，所述三维注采整体几何模型包括：注水井、抽水井、断层和干热岩层；通过反映温度场、应力场和渗流场相互耦合控制作用的多个方程，构建三维的热-水-力三物理场耦合数值模型，并通过所述热-水-力三物理场耦合数值模型计算所述断层上的温度引起的热应力以及流体引起的孔隙弹性应力和地应力，其中：所述多个方程包括变形方程、渗流方程、热传导方程、渗透率控制方程、流体性质变化方程和热储层性质变化方程，所述变形方程通过以下公式表示： 其中，G为剪切模量，为梯度算子，u为位移矢量，F为体力，α为比奥Biot系数，p为流体压力，K为体积模量，βT为线性热膨胀系数，T为温度；所述渗流方程通过以下公式表示： 其中，v为达西流速，∈v为体应变，S为储水系数，g为重力加速度，ρf为流体密度，k为岩石渗透率，vf为流体黏度，所述热传导方程通过以下公式表示： 其中，keff＝φκs+1-φκf，ρ为岩石密度，c为多孔介质比热容，cs为岩石热容，cf为流体比热容，φ为孔隙度，qT为热传导通量，κeff为有效热传导系数，κs为岩石热传导系数，κf为流体热传导系数，QT为热源，所述渗透率控制方程通过以下公式表示： 其中，φ＝φ0[1+cpp-pref+3βTT-Tref]，k0为初始渗透率，φ0初始孔隙度，cp为孔隙压缩系数，pref为参考压力，Tref为参考温度，所述流体性质变化方程通过以下公式表示： cf＝12010-80*T1+0.31*T2-5.4*10-4*T3+3.63*10-7*T4；κf＝-0.87+0.009*T1-1.58*10-5*T2+7.98*10-9*T3；所述热储层性质变化方程通过以下公式表示：ks＝0.3241+0.00044902T-29.6002T-1其中，κs为岩石热传导系数；基于所述温度引起的热应力以及流体引起的孔隙弹性应力和地应力，通过所述三维注采整体几何模型确定所述断层上的正应力、剪应力和流体压力；构建针对所述断层的三维局部断层模型，所述三维局部断层模型与所述断层的参数信息一致，并通过局部耦合算子将所述正应力、所述剪应力和所述流体压力传递至所述三维局部断层模型；通过滑移弱化的摩擦本构方程计算断层滑移过程中的摩擦系数，并结合所述摩擦系数、所述正应力和所述流体压力计算所述三维局部断层模型滑动后的剪应力，根据所述滑动后的剪应力和所述摩擦系数模拟所述三维局部断层模型的摩擦过程和滑动过程。

全文数据：

权利要求：

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