3DEC流体模拟 (3DEC fluid modeling)

文摘   科技   2024-10-28 12:03   内蒙古  
1. 引言
本文以“3DEC fluid modeling”为提示词,测试了集成的大语言模型,这些大语言模型包括:
(1) 公众号自带的腾讯混元大语言模型 (这个模型综合了公众号的内容,给出了部分有用的信息);
(2) Together API, 使用的是Meta-Llama-3.1-8B-Instruct-Turbo模型 (这个模型不好,基本上没有提供可用的信息);
client = Together()stream = client.chat.completions.create(model="llama3.2",messages=[{"role": "user", "content": "Itasca 3DEC fluid modeling"}],stream=True,)
(3) LangChain的DuckDuckGoSearchResults工具 (这个搜索主要给出了相关链接)。
from langchain_community.tools import DuckDuckGoSearchResultssearch_engine = DuckDuckGoSearchResults(output_format="list")print(search_engine.invoke("Itasca 3DEC fluid modeling"))
(4) NVIDIA ChatRTX (由于直接搜索公众号文章,因此给出了可靠性较高的回答,但回答内容太短)
(5) Itasca对话模型 (内容相对准确,但有些冗余) 


2. 概述

众所周知,岩石中的流体压力会降低有效应力,从而增加破坏的可能性---无论是节理处的滑移还是固体材料的塑性流动,3DEC为模拟流体流动和流体压力对岩石的影响提供了一套全面的功能,既可以模拟流体在节理和基质岩块中的流动,也可以模拟多孔介质(porous media)中的流体流动,如地下水流和气体迁移,3DEC 广泛应用于采矿、隧道和地下储存等复杂的岩石力学问题。总的来说,可以计算如下四大类问题:

(1) 孔隙压力 (Pore Pressure)

(2) 基质流体流动 (Matrix Fluid Flow)

(3) 节理流体流动 (Joint Fluid Flow)

(4) 支撑剂流动 (Proppant)

3DEC模拟流体流动主要有两种方法:

(1) 仅对流体进行分析:在这种方法中,只对流体流动进行模拟,忽略岩体的力学行为。这种方法适用于岩体坚硬、变形可忽略不计的情况。

(2) 流体-力学相互作用分析:在这种方法中,同时模拟流体流动和岩体的力学行为。当流体流动对岩体的应力和变形有重大影响时,就需要采用这种方法。


3. 孔隙压力(Pore Pressure)

当进行静态孔隙压力计算时,不需要开启如下的流体流动命令:

model configure fluid on

model configure matrixflow 

在这种模式下,不必设置孔隙率和渗透率等流体属性,也不必设置流体边界条件,单元内的孔隙压力用来计算有效应力以确定单元是否破坏,孔隙压力以相同的命令分配给节理接触,节理的有效法向应力用来确定接触是否破坏。网格点上的孔隙压力不发生变化,但在使用塑性本构模型时,可能会诱发由有效应力状态控制的破坏。孔隙压力可以在网格点分配,从而影响对确定破坏条件至关重要的有效应力计算,有效应力公式遵循 Terzaghi 原理。


4. 基质流体流动(Matrix Fluid Flow)

model configure matrixflow 命令是3DEC模拟流体流动和水力压裂过程时重要的输入命令,通过该命令,可以在模型中模拟基质流体流动,从而更准确地预测沉陷、沉降和其他水-力相互作用。

基质流体流动(Matrix fluid flow)是指流体通过多孔岩石基质本身的运动,而不仅仅是沿着节理或裂缝的运动。这一过程对于理解各种地质现象 (如地下水流、石油迁移和水力压裂引起的孔隙压力变化)至关重要。在 3DEC 模拟中,可使用model configure matrixflow 命令激活基质流体流动。发出该命令后,模型中将同时启用节理流体流(流体沿现有节理或裂缝的运动) 和基质流体流。

5. 节理流体流动(Joint Fluid Flow)
流体在节理中的流动是基于节理完全饱和并作为流体运动通道的假设,按照达西定律(Darcy's law)流动,流体的体积流速受节理的导水性(hydraulic conductivity)、节理的横截面积和水力梯度控制。节理的导水性是节理张开度(joint aperture)、节理间距和流体性质的函数。


6. 支撑剂流动 (Proppant Flow)

3DEC可以模拟充满液体的节理中支撑剂 (用于维持裂缝张开的小颗粒)的行为 [(flowknot.fix.proppant)],考虑重力诱导沉降和流体运动引起的浓度变化等影响。3DEC提供了对支撑剂的流动和力学效应进行模拟的能力。假设支撑剂由小颗粒组成,在流体中运输,在注入操作结束后与流体一起输送,支撑张开的裂缝。假设支撑剂和流体是具有一定浓度的混合物,来计算支撑剂的流量。支护剂的浓度由于平流(advection)作用而发生变化。如果浓度足够高,那么支撑剂将开始承载负荷,并有效地撑开主裂缝。3DEC中考虑的其他支撑剂效应包括重力引起的沉淀、桥接和对流。支撑剂逻辑 (Detournay et al., 2016)考虑了流体力学耦合,并表示了几种效应,例如:

(1) 包层形成 (当浓度达到一定值时,支撑剂会形成一个包层,只留下压裂液体通过);

(2) 桥接 (当裂缝宽度相对于颗粒尺寸足够小时,支撑剂停止移动);

(3) 支撑剂对流 (Proppant Convection, 当密度梯度在装有支撑剂的流体中引起流动时);

(4) 沉淀 (当浆料和支撑剂之间有速度滑移时,由重力引起);

(5) 粘度随着支撑剂浓度的变化而变化.

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