CN115288650A - 孔隙弹性介质中并行计算与模拟水力压裂的方法 - Google Patents

Abstract

本公开涉及孔隙弹性介质中并行计算与模拟水力压裂的方法。包括：离散孔隙弹性介质，表征水力裂缝，得到水力压裂模型；使得水力裂缝中水压力等于孔隙弹性介质表面的水压力；利用粘聚力本构方程对岩石裂缝的非线性力学行为进行表征，基于裂缝立方定律对水力裂缝中水流的运移进行描述，建立水压力场与位移场耦合计算模型；计算水力裂缝张开位移、裂缝中水压力分布和孔隙弹性介质位移场分布和水压力场分布，模拟水力裂缝扩展、孔隙弹性介质变形、水压力场演化；分析参数对水压力场、诱导应力场和水力裂缝形态的影响。以此方式，能够有效模拟水力裂缝的扩展，同时模拟与裂缝扩展相伴随的压裂液漏失以及由漏失引起的孔隙水压力和地应力变化。

Description

孔隙弹性介质中并行计算与模拟水力压裂的方法

技术领域

本公开一般地涉及油气井的开发和地热储层的开发领域，特别地涉及孔隙弹性介质中并行计算与模拟水力压裂的方法。

背景技术

水力压裂作为一种有效的储层增产增注工艺措施，在地热开发、油气生产和废物地下处置中得到了广泛的应用。早在二十世纪四十年代，水力压裂技术就已经被应用于油气开发领域。近些年随着非常规油气资源的开发，采用滑溜水压裂液的水平井分段多簇压裂技术得到了较快的发展，应用广泛，取得了显著的经济效益。随着人们对节能减排意识的不断加强，地热资源开发也越来越受到重视，为高效提取高温岩体地热能，利用水力压裂技术进行高温地热岩体增渗改造势在必行，在很多国家该技术已被广泛用于高温岩体储层改造。

水力压裂机理复杂，涉及岩石力学、流体力学、断裂力学、渗流力学和热力学等众多学科知识，其基本力学过程可以概括为4个方面：基于岩石力学理论表征流体压力作用于水力裂缝面引起的岩石变形和裂缝张开；基于断裂力学理论控制水力裂缝尖端区域岩石裂缝的起裂与扩展；基于流体力学理论描述流体以及支撑剂在裂缝内的运移；基于孔隙介质渗流理论表征压裂液从水力裂缝进入孔隙介质的渗流。上述基本力学过程构成了水力压裂中的耦合响应，各过程之间相互影响，形成复杂的水力压裂力学行为。

为分析水力压裂过程和优化水力压裂设计，建立数值分析方法与工具必不可少。自水力压裂被应用于工程实际开始，水力压裂数值分析方面的工作就已开展。随着对水力压裂需求的提升，工程项目对水力压裂数值分析模型的要求也越来越高。数值分析模型已从早期的半解析半数值模型，发展到如今的全耦合模型；从早期模拟弹性介质中的水力压裂，到如今模拟孔隙介质中的水力压裂；数值模型本身功能越来越多，模型结构也越来越复杂。尽管目前水力压裂数值分析模型功能较齐全，但仍有很多方面的工作需要进一步改进和完善。

为简化模型，目前大多数的水力压裂数值分析模型假设储层介质为弹性，通过在物质平衡方程中增加漏失项来表征裂缝中水向孔隙介质的渗漏。上述假设未能考虑地下储层岩性为孔隙介质这一属性，无法表征在孔隙介质中开展水力压裂所表现的相关特性，例如孔隙弹性效应。同时，由于三维有限元模型计算量较大，现有大多数有限元水力压裂模型为二维，很难用于模拟分析三维水力压裂问题。本公开因此提出一种在孔隙弹性介质中并行计算与模拟水力压裂的方法，为完善和发展现有水力压裂模型提供参考。

发明内容

本公开的目的是提供一种孔隙弹性介质中并行计算与模拟水力压裂的方法，以至少部分地解决现有技术中存在的上述问题。

根据本公开的第一方面，提供了一种孔隙弹性介质中并行计算与模拟水力压裂的方法。该方法包括：利用常规有限元单元离散孔隙弹性介质，并且基于零厚度界面单元来表征水力裂缝，其中零厚度界面单元设置在常规有限元单元之间以得到水力压裂模型；以预定方式使得水力压裂模型中的水力裂缝中的水压力等于孔隙弹性介质表面的水压力；利用粘聚力本构方程对水力裂缝扩展过程中岩石裂缝的非线性力学行为进行表征，并且基于裂缝立方定律对水力裂缝中水流的运移进行描述，以在水力压裂模型中建立水压力场与位移场耦合计算模型；计算针对水力裂缝的张开位移、裂缝中水压力分布以及针对孔隙弹性介质的位移场分布和水压力场分布，模拟孔隙弹性介质中水力裂缝的扩展、孔隙弹性介质的变形、水压力场的演化中的一者或多者；以及描述孔隙弹性介质中裂缝形态、水压力场和地应力场特征，分析针对水力压裂的至少一个参数对水力裂缝扩展过程中水压力场、诱导应力场和水力裂缝形态的影响。

在一些实施例中，基于并行有限元方法以常规有限元单元离散孔隙弹性介质，并且基于零厚度界面单元来表征水力裂缝可以包括：利用三维六面体有限元单元来离散孔隙弹性介质；在离散的三维六面体有限元网格之间插入零厚度界面单元；以及对三维六面体有限元单元和零厚度界面单元进行重新编号，使有限元单元编号和节点编号连续。

在一些实施例中，建立水压力场与位移场耦合计算模型可以包括：基于孔隙弹性介质理论、粘聚力本构和并行有限元理论来建立力平衡控制方程组；基于孔隙弹性介质理论和裂缝立方定律来建立质量平衡控制方程组，其中力平衡控制方程组和质量平衡控制方程组中的至少一者与三维六面体有限元单元的方程组和零厚度界面有限元单元的方程组中的至少一者相关联；以及采用并行有限元方法组合三维六面体有限元单元的方程组和零厚度界面有限元单元的方程组，以得到总体控制方程组。

在一些实施例中，计算针对孔隙弹性介质的位移场分布和水压力场分布可以包括：基于牛顿迭代法来并行计算总体控制方程组，以得到水压力场与位移场耦合计算模型中针对孔隙弹性介质的位移场分布和水压力场分布；以及基于所计算的针对孔隙弹性介质的位移场分布和水压力场分布，在全局坐标系下计算水压力场与位移场耦合计算模型的应变场和应力场分布。

在一些实施例中，采用并行有限元方法组合三维六面体有限元单元的方程组和零厚度界面有限元单元的方程组，以得到总体控制方程组可以包括：将三维六面体有限元单元和零厚度有限元单元平均分布到并行计算系统中的一个或多个处理器；在一个或多个处理器上组装单元刚度矩阵；以及基于并行有限元方法，在并行计算系统中处理单元刚度矩阵，以获得总体控制方程组。

在一些实施例中，计算水压力场与位移场耦合计算模型的应变场和应力场分布包括：利用并行计算方法，求解水压力场与位移场耦合计算模型的总体控制方程组，以获得水压力场与位移场耦合计算模型的位移场分布和水压力场分布；将计算所得的位移场分布和水压力场分布数据传输至并行计算系统中的一个或多个处理器；以及在一个或多个处理器上进行后处理，计算水压力场与位移场耦合计算模型的应变场和应力场分布。

在一些实施例中，至少一个参数包括表征孔隙弹性介质中水力压裂后水力裂缝的水力力学特征参数，水力力学特征参数可以包括注水压力、裂缝长度、裂缝高度、裂缝宽度、裂缝周围水压力和地应力分布中的一者或多者。

在一些实施例中，描述孔隙弹性介质中裂缝形态、水压力场和地应力场特征，分析针对水力压裂的至少一个参数对水力裂缝扩展过程中水压力场、诱导应力场和水力裂缝形态的影响可以包括：分析孔隙弹性介质特征参数和水力压裂施工参数对水力裂缝的水力力学特征的影响规律，对水力裂缝的几何形态、扩展方式进行规律性总结；以及分析水力裂缝扩展过程中，水压力场和地应力场的演化特征，并通过以下参数中的一者或多者进行表征：裂缝所处改造区面积、诱导应力场影响范围、水压力场影响范围、裂缝缝宽分布、裂缝带长、裂缝带宽以及裂缝带高。

在一些实施例中，可以基于线弹性孔隙介质理论、有限单元法和数值分析原理，利用并行有限元方法来离散孔隙弹性介质并且可以基于零厚度界面单元来表征水力裂缝；或基于并行有限元计算方法来计算水力裂缝的张开位移、裂缝中水压力分布以及计算孔隙弹性介质的位移场分布和水压力场分布。

在一些实施例中，预定方式包括拉格朗日数值处理。

本公开的各个实施例至少可以起到如下有益效果：

(1)根据本公开的孔隙弹性介质中并行计算与模拟水力压裂的方法，考虑了水力压裂过程中孔隙弹性介质的水压力与位移分布，裂缝中流体可通过裂缝面进入孔隙弹性介质，利用数值方法有效的模拟了压裂液漏失过程，弥补了以往模型简化考虑压裂液漏失的缺点。

(2)根据本公开的方法的整体数值模型采用全耦合算法进行求解，数值计算结果更加准确，适用于求解涉及裂缝变形等对计算精度要求较高的情形。

(3)根据本公开的方法针对水力裂缝与孔隙弹性介质离散的控制方程组同时求解，能够有效模拟压裂液漏失以及由漏失引起的孔隙水压力和地应力变化。

(4)根据本公开的方法的整体模型从数值离散、求解到结果的后处理采用了并行有限元计算方法，提高了三维有限元数值模型的求解效率。

应当理解，发明内容部分中所描述的内容并非旨在限定本公开的实施例的关键或重要特征，亦非用于限制本公开的范围。本公开的其它特征将通过以下的描述变得容易理解。

附图说明

通过参考附图阅读下文的详细描述，本公开的实施例的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例而非限制性的方式示出了本公开的若干实施例，其中：

图1为根据本公开的一些实施例的孔隙弹性介质中并行计算与模拟水力压裂的方法的流程图。

图2为根据本公开的一些实施例的利用并行有限元求解水力压裂模型的计算流程图。

图3为根据本公开的一些实施例的孔隙弹性介质单元与零厚度有限元单元的示意图。

图4为根据本公开的一些实施例的水力压裂过程中孔隙弹性介质的变形与水压力分布示意图。

图5为根据本公开的一些实施例的水力裂缝几何形态示意图。

图6为根据本公开的一些实施例的水力裂缝注水点周围孔隙介质中水压力与地应力在注水后沿垂直裂缝面方向分布曲线示意图。

在各个附图中，相同或对应的标号表示相同或对应的部分。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的实施例。虽然附图中显示了本公开的某些实施例，然而应当理解的是，本公开可以通过各种形式来实现，而且不应该被解释为限于这里阐述的实施例，相反提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本公开。应当理解的是，本公开的附图及实施例仅用于示例性作用，并非用于限制本公开的保护范围。

在本公开的实施例的描述中，术语“包括”及其类似用语应当理解为开放性包含，即“包括但不限于”。术语“基于”应当理解为“至少部分地基于”。术语“一个实施例”或“该实施例”应当理解为“至少一个实施例”。术语“第一”、“第二”等等可以指代不同的或相同的对象。下文还可能包括其他明确的和隐含的定义。

为克服现有水力压裂模型的局限性，本公开的目的在于提供一种孔隙弹性介质中并行计算与模拟水力压裂的方法，对水力压裂过程中裂缝中流体的运移、孔隙介质中流体的渗流、孔隙压力对水力裂缝起裂与扩展的影响等问题，利用孔隙弹性介质理论、岩石裂缝起裂与扩展准则、三维并行有限元方法，建立孔隙弹性介质中水力压裂并行计算分析模型，模拟孔隙弹性介质中水力裂缝扩展、储层岩石变形、地应力场的分布、水压力场的演化，揭示孔隙弹性介质中水力压裂的水力-力学特征与机理，表征孔隙弹性介质中裂缝形态、水压力场和地应力场特征，具有模型功能全面、计算效率高等优点。

为实现上述目的，本公开至少可以基于如下认识：所采用的有限元数值方法适用于模拟孔隙弹性介质的水压力与位移分布，裂缝中流体可通过裂缝面进入孔隙弹性介质；采用并行有限元方法，提高三维有限元数值模型的求解效率。

下面将结合附图1至附图6对本公开的实施方式进行详细介绍。

图1为根据本公开的一些实施例的孔隙弹性介质中并行计算与模拟水力压裂的方法100的流程图。

在框101，利用常规有限元单元离散孔隙弹性介质，并且基于零厚度界面单元来表征水力裂缝，其中零厚度界面单元设置在常规有限元单元之间以得到水力压裂模型。在一些实施例中，具体地，可以基于线弹性孔隙介质理论、有限单元法和数值分析原理，利用常规有限元单元，采用并行有限元方法离散孔隙弹性介质，通过零厚度界面单元表征水力裂缝，零厚度有限元单元必须介于常规有限元单元之间，建立水力压裂模型。

图2为根据本公开的一些实施例的利用并行有限元求解水力压裂模型的计算流程图。图3为根据本公开的一些实施例的孔隙弹性介质单元与零厚度有限元单元的示意图。需要说明，图2中的计算流程以及图3中的有限元单元示意图仅仅是示例性的，本领域技术人员还可以根据实际需要来选其他合适的计算流程和有限元单元，本公开对此不作限制。

在一些实施例中，参考图2和图3，基于并行有限元方法，以常规有限元单元离散孔隙弹性介质，并且基于零厚度界面单元来表征水力裂缝，可以包括利用三维六面体有限元单元来离散孔隙弹性介质，然后在离散的三维六面体有限元网格之间插入零厚度界面单元，并且随后对三维六面体有限元单元和零厚度界面单元进行重新编号，使有限元单元编号和节点编号连续。在图3所示的实施例中，可以看出，(a)为12节点零厚度界面单元，(b)为在8节点孔隙弹性介质单元之间插入零厚度界面单元。应当理解，还可以采用其他数目的节点零厚度界面单元以及孔隙弹性介质单元，本公开对此不作限制。

在框103，以预定方式使得水力压裂模型中的水力裂缝中的水压力等于孔隙弹性介质表面的水压力。在一些实施例中，可以利用拉格朗日数值处理方法使模型的水力裂缝中水压力等于孔隙弹性介质表面的水压力，以备后续处理。应当理解，拉格朗日数值处理方法仅仅是示意性的，还可以用其他数值处理方法实现上述目的。

在框105，利用粘聚力本构对水力裂缝扩展过程中岩石裂缝的非线性力学行为进行表征，并且基于裂缝立方定律对水力裂缝中水流的运移进行描述，以在水力压裂模型中建立水压力场与位移场耦合计算模型。在一些实施例中，具体地，可以针对水力裂缝扩展过程中岩石裂缝所表现的非线性力学行为，利用粘聚力本构，控制裂缝的起裂与扩展，基于裂缝立方定律控制裂缝中水流的运移，结合在框101和框103建立的孔隙弹性介质与水力裂缝模型，得到水压力与位移场耦合计算模型。

在一些实施例中，采用力学本构和流体运移方程建立水压力与位移场耦合计算模型可以通过如下步骤实现：

S1：根据孔隙弹性介质理论、粘聚力本构和并行有限元理论建立力的平衡控制方程组，表达式为：

其中，在等式(1)中，B为应变矩阵，N为形函数，T’为粘聚力向量，F为体力向量，

为外力向量，u为节点位移向量，p为节点水压力向量，p_f为裂缝中水压力向量。

S2：根据孔隙弹性介质理论和裂缝流体立方定律建立质量平衡控制方程组，表达式为：

其中，γ为流体密度，q为孔隙弹性介质中源汇项。

其中，w为裂缝缝宽，Q(t)为裂缝中流体源汇项，

为裂缝边界处流体源汇项。

S3：采用并行有限元方法组合三维六面体有限元单元和零厚度界面有限元单元的方程组，获得各单元控制方程组，表达式为：

其中，Δu为有限元节点的位移增量，Δp为有限元节点的水压力增量，Δp_f为裂缝中的水压力增量，k为迭代求解步，n为时间步。

S4：并行组装模型的总体控制方程组，流程如图2所示，步骤包括：

将三维六面体有限元单元和零厚度有限元单元平均分布到并行计算系统中的各个处理器；在各个处理器上组装单元刚度矩阵；并且利用并行有限元方法，在并行计算系统中处理单元刚度矩阵，获得总体控制方程组。

在框107，计算针对水力裂缝的张开位移、裂缝中水压力分布以及针对孔隙弹性介质的位移场分布和水压力场分布，模拟孔隙弹性介质中水力裂缝的扩展、孔隙弹性介质的变形、水压力场的演化中的一者或多者。优选地，模拟孔隙弹性介质中水力裂缝的扩展、孔隙弹性介质的变形、水压力场的演化这些所有情形。

在一个实施例中，具体地，可以采用并行有限元计算方法，计算裂缝的张开位移、裂缝中水压力分布和孔隙弹性介质的位移场、水压力场分布，模拟孔隙弹性介质中水力裂缝的扩展、孔隙弹性介质的变形、水压力场的演化，也即水力压裂过程。

在一个示例实施例中，采用并行有限元计算方法求解位移场和水压力场分布的具体步骤可以为：

S1：利用牛顿迭代法，并行计算总体控制方程组(方程)，求得模型中水压力与位移场分布，表达式为：

其中，uⁿ⁺¹，pⁿ⁺¹，p_f ⁿ⁺¹分别为n+1时间步孔隙介质有限元节点位移，孔隙介质有限元节点水压力，裂缝有限元节点水压力。

S2：在全局坐标系下，根据计算所得的水压力和位移场分布，计算模型的应变场和应力场分布，具体可以按照如下进行：

1)图4为根据本公开的一些实施例的水力压裂过程中孔隙弹性介质的变形与水压力分布示意图，其中(a)为孔隙弹性介质渗透率0.001毫达西，(b)为孔隙弹性介质渗透率0.01毫达西。如图4的示例性实施例所示，可以利用并行计算方法，求解计算模型的总体控制方程组，获得计算模型的水压力与位移场分布；

2)将计算所得的水压力与位移场数据传输至并行计算系统中的各个处理器；以及

3)在各个处理器上进行后处理，计算模型的应变场和应力场分布，表达式可以为：

其中ε为应变向量，σ为应力向量，A为位移-应变转换矩阵，D为应变-应力转换矩阵，也即本构关系矩阵。

在框109，描述孔隙弹性介质中裂缝形态、水压力场和地应力场特征，分析针对水力压裂的至少一个参数对水力裂缝扩展过程中水压力场、诱导应力场和水力裂缝形态的影响。在一些实施例中，表征孔隙弹性介质中水力压裂后水力裂缝的水力-力学特征的参数可以为以下中的一者或多者：注水压力、裂缝长度、裂缝高度、裂缝宽度、裂缝周围水压力和地应力分布。

图5为根据本公开的一些实施例的水力裂缝几何形态示意图，其中(a)为注水26.5秒，(b)为注水596.5秒。

在一些实施例中，参照图5，表征孔隙弹性介质中裂缝形态、水压力场和地应力场特征具体步骤可以为：

S1：分析孔隙弹性介质特征参数和水力压裂施工参数对水力裂缝水力-力学特征的影响规律，对水力裂缝的几何形态、扩展方式进行规律性总结；

S2：分析水力裂缝扩展过程中，水压力场和地应力场的演化特征，并通过特征参数进行表征，分别为：裂缝所处改造区面积、诱导应力场影响范围、水压力场影响范围、裂缝缝宽分布、裂缝带长、裂缝带宽、裂缝带高。

图6为根据本公开的一些实施例的水力裂缝注水点周围孔隙介质中水压力与地应力在注水496.5秒后沿垂直裂缝面方向分布曲线示意图。在一些实施例中，参照图6其中(a)示出了诱导应力场影响范围，(b)示出了水压力场影响范围。

综上所述，根据本公开的方法考虑了水力压裂过程中孔隙弹性介质的水压力与位移分布，裂缝中流体可通过裂缝面进入孔隙弹性介质，利用数值方法有效的模拟了压裂液漏失过程，弥补了以往模型简化考虑压裂液漏失的缺点；整体数值模型采用全耦合算法进行求解，数值计算结果更加准确，适用于求解涉及裂缝变形等对计算精度要求较高的问题；针对水力裂缝与孔隙弹性介质离散的控制方程组同时求解，可以有效模拟压裂液漏失以及由漏失引起的孔隙水压力和地应力变化；整体模型从数值离散、求解到结果的后处理采用了并行有限元计算方法，提高了三维有限元数值模型的求解效率。

虽然在上面论述中包含了若干具体实现细节，但是这些不应当被解释为对本公开的范围的限制。在单独的实施例的上下文中描述的某些特征还可以组合地实现在单个实现中。相反地，在单个实现的上下文中描述的各种特征也可以单独地或以任何合适的子组合的方式实现在多个实现中。

此外，虽然采用特定次序描绘了各操作，但是这应当理解为要求这样操作以所示出的特定次序或以顺序次序执行，或者要求所有图示的操作应被执行以取得期望的结果。在一定环境下，多任务和并行处理可能是有利的。同样地，虽然在上面论述中包含了若干具体实现细节，但是这些不应当被解释为对本公开的范围的限制。在单独的实施例的上下文中描述的某些特征还可以组合地实现在单个实现中。相反地，在单个实现的上下文中描述的各种特征也可以单独地或以任何合适的子组合的方式实现在多个实现中。

以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (10)

1.一种孔隙弹性介质中并行计算与模拟水力压裂的方法，其特征在于，所述方法包括：

利用常规有限元单元离散所述孔隙弹性介质，并且基于零厚度界面单元来表征水力裂缝，其中所述零厚度界面单元设置在所述常规有限元单元之间以得到水力压裂模型；

以预定方式使得所述水力压裂模型中的所述水力裂缝中的水压力等于所述孔隙弹性介质表面的水压力；

利用粘聚力本构方程对所述水力裂缝扩展过程中岩石裂缝的非线性力学行为进行表征，并且基于裂缝立方定律对所述水力裂缝中水流的运移进行描述，以在所述水力压裂模型中建立水压力场与位移场耦合计算模型；

计算针对所述水力裂缝的张开位移、裂缝中水压力分布以及针对所述孔隙弹性介质的位移场分布和水压力场分布，模拟所述孔隙弹性介质中水力裂缝的扩展、孔隙弹性介质的变形、水压力场的演化中的一者或多者；以及

描述孔隙弹性介质中裂缝形态、水压力场和地应力场特征，分析针对所述水力压裂的至少一个参数对所述水力裂缝扩展过程中水压力场、诱导应力场和水力裂缝形态的影响。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于并行有限元方法以常规有限元单元离散所述孔隙弹性介质，并且基于零厚度界面单元来表征水力裂缝包括：

利用三维六面体有限元单元来离散孔隙弹性介质；

在离散的三维六面体有限元网格之间插入所述零厚度界面单元；以及

对所述三维六面体有限元单元和所述零厚度界面单元进行重新编号，使有限元单元编号和节点编号连续。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，建立水压力场与位移场耦合计算模型包括：

基于孔隙弹性介质理论、粘聚力本构和并行有限元理论来建立力平衡控制方程组；

基于所述孔隙弹性介质理论和所述裂缝立方定律来建立质量平衡控制方程组，其中所述力平衡控制方程组和所述质量平衡控制方程组中的至少一者与所述三维六面体有限元单元的方程组和所述零厚度界面有限元单元的方程组中的至少一者相关联；以及

采用并行有限元方法组合所述三维六面体有限元单元的方程组和所述零厚度界面有限元单元的方程组，以得到总体控制方程组。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，计算针对所述孔隙弹性介质的位移场分布和水压力场分布包括：

基于牛顿迭代法来并行计算所述总体控制方程组，以得到所述水压力场与位移场耦合计算模型中针对所述孔隙弹性介质的位移场分布和水压力场分布；以及

基于所计算的针对所述孔隙弹性介质的位移场分布和水压力场分布，在全局坐标系下计算所述水压力场与位移场耦合计算模型的应变场和应力场分布。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，采用并行有限元方法组合所述三维六面体有限元单元的方程组和所述零厚度界面有限元单元的方程组，以得到总体控制方程组包括：

将所述三维六面体有限元单元和所述零厚度有限元单元平均分布到并行计算系统中的一个或多个处理器；

在所述一个或多个处理器上组装单元刚度矩阵；以及

基于所述并行有限元方法，在并行计算系统中处理所述单元刚度矩阵，以获得所述总体控制方程组。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，计算所述水压力场与位移场耦合计算模型的应变场和应力场分布包括：

利用并行计算方法，求解所述水压力场与位移场耦合计算模型的所述总体控制方程组，以获得所述水压力场与位移场耦合计算模型的所述位移场分布和所述水压力场分布；

将计算所得的所述位移场分布和所述水压力场分布数据传输至并行计算系统中的一个或多个处理器；以及

在所述一个或多个处理器上进行后处理，计算所述水压力场与位移场耦合计算模型的应变场和应力场分布。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一个参数包括表征所述孔隙弹性介质中水力压裂后所述水力裂缝的水力力学特征参数，所述水力力学特征参数包括注水压力、裂缝长度、裂缝高度、裂缝宽度、裂缝周围水压力和地应力分布中的一者或多者。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，描述孔隙弹性介质中所述裂缝形态、水压力场和地应力场特征，分析针对所述水力压裂的至少一个参数对所述水力裂缝扩展过程中水压力场、诱导应力场和水力裂缝形态的影响包括：

分析所述孔隙弹性介质特征参数和水力压裂施工参数对所述水力裂缝的水力力学特征的影响规律，对所述水力裂缝的几何形态、扩展方式进行规律性总结；以及

分析所述水力裂缝扩展过程中，所述水压力场和所述地应力场的演化特征，并通过以下参数中的一者或多者进行表征：裂缝所处改造区面积、诱导应力场影响范围、水压力场影响范围、裂缝缝宽分布、裂缝带长、裂缝带宽以及裂缝带高。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于线弹性孔隙介质理论、有限单元法和数值分析原理，利用并行有限元方法来离散所述孔隙弹性介质并且基于零厚度界面单元来表征水力裂缝；或

基于并行有限元计算方法来计算所述水力裂缝的张开位移、裂缝中水压力分布以及计算所述孔隙弹性介质的位移场分布和水压力场分布。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预定方式包括拉格朗日数值处理。

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