CN117634228A - 储层可控冲击波致裂的非连续变形分析模拟计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于页岩油气开发技术领域，具体涉及一种储层可控冲击波致裂的非连续变形分析模拟计算方法，旨在解决现有数值模拟计算方法无法高效率的实现冲击波作用下大量裂缝动态拓展的模拟，进而阻碍可控冲击波技术在页岩油压裂方面的应用。本方法包括：构建页岩储层模型；对页岩储层模型进行网格划分；对页岩储层模型的边界块体施加虚拟的粘性弹簧，完成无反射边界的设置；构建可控冲击波荷载‑时间曲线；根据可控冲击波荷载‑时间曲线，产生可控冲击波；通过非连续变形分析方法，求解块体系统变形，得到不同时间下页岩储层模型的应力场分布和裂缝网络形态。本发明提供一种可以快速计算可控冲击波作用下储层压裂缝网动态演化和几何构型的方法。
Description
技术领域
本发明属于页岩油气开发技术领域，具体涉及一种储层可控冲击波致裂的非连续变形分析模拟计算方法、系统及电子设备。
背景技术
我国的中低成熟度页岩油技术可采资源量约为（700~900）×108吨，是我国页岩油资源的主体。但是，中低成熟度页岩油粘度大，流动性差，单独依靠水力压裂技术无法实现有效开发，必须通过原位加热改质技术将富有机质页岩中未排出的重烃和未转化的有机物裂解成轻质油、凝析油或气态烃，从而改善低熟油质的流动性，实现规模效益开采。可控冲击波压裂技术是近些年提出的用于中低熟页岩油开发的新方法。它是以高功率电脉冲技术与放电等离子体为基础，将电能和化学能转换为冲击波机械能，借助于脉冲功率源的重复运行，在一定的区域内产生可控的重复强冲击波，以致裂储层并创造网状裂缝，从而大幅提高热质波及体积和传热效率。可控冲击波技术是一种强度、持续时间、作业区域、重复作业次数可控的纯物理储层改造方法，具有绿色环保、安全可靠的独特优势，是解决中低熟页岩油原位改质技术难题的潜在手段之一。为了验证可控冲击波压裂技术在实际储层改造中的适用性，并对实际的可控冲击波工艺进行设计优化，需要数值模拟计算方法模拟可控冲击波压裂缝网几何形态，评价储层改造效果。
目前，模拟冲击波作用下裂缝网络形成的数值模拟计算方法主要有基于连续介质思想的有限元法、有限差分法等，相应的模拟器有Autodyn、LS-DYNA、FLAC3D等。这些方法和软件假设岩体为各向同性的均匀介质，将裂缝拓展过程等效为单元的损伤弱化过程，实现了冲击波作用下岩体损伤过程的模拟。但是，页岩储层发育有大量的天然结构面（节理、层理等），具有典型的不连续性和非均质性。冲击波在页岩储层的天然结构面处会发生反射等现象，并对缝网的最终形态产生显著影响。现有方法和软件尚不能考虑天然结构面的力学特征，实现真实复杂裂缝网络的模拟计算。非连续变形分析方法(Discontinuousdeformation analysis, DDA)是一种以单元的位移和变形为基本未知量，基于能量原理和高效的接触算法求解离散单元非连续变形的方法。其特点是任意单元间均可以发生不连续变形且可以相互分离，这对于复杂的非连续问题求解具有天然优势。由于非连续变形分析方法具有上述优势，已被广泛应用于滑坡、隧道大变形、爆破等岩土工程的仿真计算。DDA方法特别适用于可控冲击波作用下储层内部大量裂缝拓展问题的模拟，但由于DDA本身并不能直接用于动力学裂缝网络拓展模拟，基于DDA的可控冲击波压裂缝网模拟方法尚未建立，因此并无现有方法可基于DDA模拟可控冲击波作用下压裂缝网拓展过程。
基于此，本发明提出了一种储层可控冲击波致裂的非连续变形分析模拟计算方法。
发明内容
为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有数值模拟计算方法无法高效率的实现冲击波作用下大量裂缝动态拓展的模拟，进而阻碍可控冲击波技术在页岩油压裂方面的应用。本发明第一方面，提出了一种储层可控冲击波致裂的非连续变形分析模拟计算方法，用于计算页岩储层在可控冲击波作用下的应力场并同时模拟压裂缝网的动态拓展过程；发出所述可控冲击波的冲击波发生器位于套管内，所述套管的外侧是水泥环，所述水泥环的外侧是所述页岩储层；该方法包括：
根据所述套管的实际壁厚、所述水泥环的厚度，构建页岩储层模型；
对所述页岩储层模型进行网格划分，并结合所述套管、所述水泥环、所述页岩储层的力学特性，获取对应的材料力学参数；
对所述页岩储层模型的边界块体施加虚拟的粘性弹簧，并通过最小势能原理，将粘性力引入DDA方法的荷载矩阵，完成所述页岩储层模型的无反射边界的设置；
基于所述可控冲击波设定的峰值压力、持续时间及波形类型，确定不同时间下所述可控冲击波的荷载大小，构建可控冲击波荷载-时间曲线；
设置所述可控冲击波对所述页岩储层的冲击总时间、时间步长及开始时间，根据所述可控冲击波荷载-时间曲线，确定当前时间步的冲击荷载应力，作用在所述套管上；
根据不同时间下所述可控冲击波对应的荷载数值，结合DDA总荷载矩阵、所述无反射边界及所述材料力学参数，通过非连续变形分析方法，求解块体系统变形，得到不同时间下所述页岩储层模型的应力场分布，进而根据结合块体单元位移和所述块体系统变形得到压裂缝网的动态拓展形态。
在一些优选的实施方式中，所述材料力学参数包括弹性模量、泊松比、抗拉强度、密度、摩擦角、粘聚力。
在一些优选的实施方式中，所述粘性力，其计算方法为：
其中，ρ为岩体密度，l为粘性力作用长度，v n ，v s 分别为点（x,y）处的法向、切向速度，C p ，C s 分别为P波、S波的波速，f n、 f s 分别表示粘性弹簧的法向粘性力、切向粘性力。
在一些优选的实施方式中，所述波形类型包括三角波。
在一些优选的实施方式中，所述非连续变形分析方法为：
其中，D为位移矢量；为加速度矢量；/>为速度矢量；F为载荷矩阵；M代表质量矩阵；μ为阻尼矩阵；K为刚度矩阵。
在一些优选的实施方式中，所述压裂缝网的动态拓展形态，其获取方法为：
基于所述应力场分布，结合摩尔库伦准则和最大拉应力准则，通过块体间的接触关系、块体间的裂缝类型以及裂缝面的位移类型，得到不同时间下所述页岩储层模型在所述可控冲击波冲击下形成的裂缝类型；，即压裂缝网的动态拓展形态。
本发明的第二方面，提出了一种储层可控冲击波致裂的非连续变形分析模拟计算系统，用于计算页岩储层在可控冲击波作用下的应力场并同时模拟压裂缝网的动态拓展过程；发出所述可控冲击波的冲击波发生器位于套管内，所述套管的外侧是水泥环，所述水泥环的外侧是所述页岩储层；该系统包括；
模型构建模块，配置为根据所述套管的实际壁厚、所述水泥环的厚度，构建页岩储层模型；
参数获取模块，配置为对所述页岩储层模型进行网格划分，并结合所述套管、所述水泥环、所述页岩储层的力学特性，获取对应的材料力学参数；
边界设置模块，配置为对所述页岩储层模型的边界块体施加虚拟的粘性弹簧，并通过最小势能原理，将粘性力引入DDA方法的荷载矩阵，完成所述页岩储层模型的无反射边界的设置；
曲线构建模块，配置为基于所述可控冲击波设定的峰值压力、持续时间及波形类型，确定不同时间下所述可控冲击波的荷载大小，构建可控冲击波荷载-时间曲线；
冲击波产生模块，配置为设置所述可控冲击波对所述页岩储层的冲击总时间、时间步长及开始时间，根据所述可控冲击波荷载-时间曲线，确定当前时间步的冲击荷载应力，作用在所述套管上；
应力场获取模块，配置为根据不同时间下所述可控冲击波对应的荷载数值，结合DDA总荷载矩阵、所述无反射边界及所述材料力学参数，通过非连续变形分析方法，求解块体系统变形；进而根据块体单元位移和块体系统变形求解得到不同时间下所述页岩储层模型的应力场分布。
本发明的第三方面，提出了一种电子设备，包括：至少一个处理器；以及与至少一个所述处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述处理器执行的指令，所述指令用于被所述处理器执行以实现上述的储层可控冲击波致裂的非连续变形分析模拟计算方法。
本发明的第四方面，提出了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于被计算机执行以实现上述的储层可控冲击波致裂的非连续变形分析模拟计算方法。
本发明的有益效果：
本发明提供了一种可以快速高效模拟计算可控冲击波作用下页岩储层内大量裂缝动态拓展的数值计算方法，可以服务于可控冲击波储层改造技术的优化和实际工程设计。
本发明先建立储层可控冲击波致裂数值模型，然后设置数值模型边界条件，并构建可控冲击波荷载-时间曲线，最后，获取不同时间下可控冲击波的荷载，结合非连续变形分析算法，数值模拟获得可控冲击波作用下应力场动态演化过程和裂缝网络动态演化过程。
本发明优化了可控冲击波对储层改造的设计，为储层改造效果的提高提供了依据。
附图说明
通过阅读参照以下附图所做的对非限制性实施例所做的详细描述，本申请的其他特征、目的和优点将会变得更明显。
图1是本发明一种实施例的储层可控冲击波致裂的非连续变形分析模拟计算方法的流程示意图；
图2是本发明一种实施例的储层可控冲击波致裂的非连续变形分析模拟计算系统的框架示意图；
图3是本发明一种实施例的非连续数值模拟方法基本单元的示意图；
图4是本发明一种实施例的页岩储层模型的示意图；
图5是本发明一种实施例的网格划分后的页岩储层模型的示意图；
图6是本发明一种实施例的可控冲击波的波形的示意图；
图7是本发明一种实施例的储层可控冲击波致裂的非连续变形分析模拟计算方法的简略流程示意图；
图8是本发明一种实施例的冲击波传播过程的示意图；
图9是本发明一种实施例的数值模拟获得水泥环内部应力演化的示意图；
图10是本发明一种实施例的裂缝网络演化过程的示意图；
图11是本发明一种实施例的无反射边界条件设置过程的示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本发明第一实施例的一种储层可控冲击波致裂的非连续变形分析模拟计算方法，用于计算页岩储层在可控冲击波作用下的应力场并同时模拟压裂缝网的动态拓展过程；发出所述可控冲击波的冲击波发生器位于套管内，所述套管的外侧是水泥环，所述水泥环的外侧是所述页岩储层；如图1所示，该方法包括：
根据所述套管的实际壁厚、所述水泥环的厚度，构建页岩储层模型；
对所述页岩储层模型进行网格划分，并结合所述套管、所述水泥环、所述页岩储层的力学特性，获取对应的材料力学参数；
对所述页岩储层模型的边界块体施加虚拟的粘性弹簧，并通过最小势能原理，将粘性力引入DDA方法的荷载矩阵，完成所述页岩储层模型的无反射边界的设置；
基于所述可控冲击波设定的峰值压力、持续时间及波形类型，确定不同时间下所述可控冲击波的荷载大小，构建可控冲击波荷载-时间曲线；
设置所述可控冲击波对所述页岩储层的冲击总时间、时间步长及开始时间，根据所述可控冲击波荷载-时间曲线，确定当前时间步的冲击荷载应力，作用在所述套管上；
根据不同时间下所述可控冲击波对应的荷载数值，结合DDA总荷载矩阵、所述无反射边界及所述材料力学参数，通过非连续变形分析方法，求解块体系统变形，得到不同时间下所述页岩储层模型的应力场分布，进而根据结合块体单元位移和所述块体系统变形得到压裂缝网的动态拓展形态。
为了更清晰地对本发明储层可控冲击波致裂的非连续变形分析模拟计算方法进行说明，下面结合附图7对本发明方法一种实施例中各步骤进行展开详述。
本发明提供一种对可控冲击波作用下页岩油储层压裂缝网动态演化过程进行数值模拟计算的方法，以便用于可控冲击波进行储层改造的工程优化设计，提高缝网改造效果，从而提高页岩油储层的采收率和开采效率。包括以下步骤：
建立非连续变形分析方法；建立储层可控冲击波致裂数值模型；设置数值模型边界条件；计算冲击波荷载-时间曲线输入与荷载；计算可控冲击波致裂数值，数值模拟获得冲击波作用下应力场动态演化过程。
现有的非连续变形分析方法为：如图3所示，对块体单元系统的动力学过程求解，DDA遵循严格的控制方程，如下式所示：
（1）
其中，D为位移矢量；为加速度矢量；/>为速度矢量；F为载荷矩阵；M代表质量矩阵；μ为阻尼矩阵；K为刚度矩阵。
基于最小势能原理，上述方程可化为KD=F的形式，其中K为对称矩阵，D为位移矢量。
DDA方法中，允许图3所示的各个单元发生任意的非连续变形，块体之间存在边-边接触、角-角接触和边-角接触三种模式。对于本发明涉及的地下储层可控冲击波压裂来说，裂缝拓展为小变形。对应DDA中的单元仅有小的张开或滑移位移，因此有且仅有一种接触情况：边-边接触。
本发明应用摩尔库伦准则和最大拉应力准则判别冲击波荷载下单元间的破坏。假设裂缝只能在块体单元的边界进行扩展，不能穿越块体。裂缝的拓展和识别根据块体间的接触类型进行分析：当块体间接触关系为闭合时，块体间无裂缝生成，此时相邻块体单元发生连续变形；当块体间接触关系为张开时，块体间生成拉张裂缝，裂缝面可以张开和滑移，此时裂缝类型对应于Ⅰ型拉张裂缝；当块体间接触关系为滑动时，块体间生成剪切裂缝，裂缝面可以滑移，此时对应于Ⅱ型剪切裂缝。裂缝拓展过程中，块体接触关系被实时更新，新的块体间破裂被识别，裂缝发生拓展。识别块体系统所有的破裂接触面，则可得到所有的裂缝。对每一时刻的接触关系进行遍历和判断，则可实现动态裂缝拓展（或者称之为裂缝形态）的模拟。
本发明基于上述的非连续变形分析方法，来实现真实复杂裂缝网络的模拟计算，具体如下：
根据所述套管的实际壁厚、所述水泥环的厚度，构建页岩储层模型；
对所述页岩储层模型进行网格划分，并结合所述套管、所述水泥环、所述页岩储层的力学特性，获取对应的材料力学参数；
在本实施例中，为对可控冲击波致裂过程进行数值分析，需建立数值模型（即页岩储层模型，也可称为储层可控冲击波致裂数值模型）。本发明在二维假设的基础上，建立页岩储层模型。首先，可控冲击波发生器位于井筒内，可控冲击波发生后需穿越套管、水泥环进入储层，进而致裂岩石。由于套管、水泥环和岩石材料力学参数的不同，冲击波可能会在材料界面处发生折射、反射现象，进而影响冲击波传入储层的能量。因此，数值模型中必须考虑套管、水泥环、储层岩石的力学参数差异。本发明根据实际套管壁厚、水泥环厚度建立页岩储层模型，如图4所示。
在建立如图4所示的数值模型后，对数值模型进行网格划分，以便应用于模拟计算。本发明优选使用非结构化三角网格对数值模型进行划分，并保持套管、水泥环、边界的固有几何特性，如图5所示。
完成上述步骤后，根据套管、水泥环和储层的力学特性，赋予对应单元的参数（即材料力学参数），包括：弹性模量、泊松比、抗拉强度、密度、摩擦角、粘聚力。其中，套管和水泥环的参数优选根据所用材料的标准值赋值，储层岩石优选通过在实验室进行三轴压缩试验、巴西劈裂试验获得并赋值。
对所述页岩储层模型的边界块体施加虚拟的粘性弹簧，并通过最小势能原理，将粘性力引入DDA方法的荷载矩阵，完成所述页岩储层模型的无反射边界的设置。具体为：
应力波在岩石内进行传播时，假设岩石的尺寸是无限大的，则应力波会无限的在岩体内部传播，不会发生明显的反射现象。但是，应用数值计算方法对爆炸应力波的传播过程进行模拟，由于计算效率的限制，模拟区域不能设为无穷大，因此必须设置有限大的人为边界。在数值模拟方法中，边界的固定一般是通过设置约束点来实现的，当采用DDA方法求解无限和半无限域介质内的动力学问题时，应力波将在人为截取边界处发生反射。这里，在DDA方法固定边界条件的基础上进行了改进，采用在模型边界上加粘性弹簧的方法来吸收波的能量，防止波的反射，以达到无反射的目的。如图11所示，在每个边界块体上加两对粘性弹簧。法向粘性弹簧吸收P波，切向粘性弹簧吸收S波。
假设一对粘性弹簧加在块体i上的点（x,y）处，粘性弹簧的作用力（即粘性力）可表示为：
（2）
式中：ρ为岩体密度；l为粘性力作用长度；v n ，v s 分别为点（x,y）处的法向、切向速度；f n、 f s 分别表示法向粘性力、切向粘性力，C p ，C s 分别为P波、S波波速，可由下式
（3）
式中：K，G分别为岩体的体积模量、剪切模量。将粘性弹簧粘性力换算到XY方向上来，则可表示为：
（4）
式中：(n x ，n y )为模型边界方向余弦，C表示波速矩阵，T i 表示位移转换矩阵,D i 表示位移矩阵,Δ表示时间步长。基于最小势能原理对粘性力进行极小化，可得到6×6的矩阵，将该矩阵叠加到刚度矩阵中：
（5）
其中，K ii 表示边界单元i的刚度子矩阵。
即可实现对无反射边界条件的模拟。
基于上述公式和过程，在DDA中实现无反射边界条件。
在本实施例中，先根据储层地应力条件，赋予单元的初始应力，并使模型达到初始平衡。具体为：对于套管-水泥环-储层模型，首先在边界上赋予实际的储层地应力数值；套管-水泥环在施工过程中，储层在井筒处有应力释放过程。因此，模拟中首先将储层钻井处设为自由边界条件，允许储层在地应力下变形，然后添加套管单元和水泥环单元，再使系统达到平衡，此为模拟的初始背景条件。
然后，由于冲击波在实际的地层中传播时，地层可被认为是无穷大的。但是，对于数值模拟计算，模型并不可设置为无穷大，冲击波可能会在模型的人工边界处产生反射现象，这与实际储层不符。因此，数值模拟中必须采取一定的手段，消除因人工边界带来的反射现象。本发明在DDA方法固定边界条件的基础上进行了改进，采用在模型边界上加粘性弹簧的方法来吸收波的能量，防止波的反射，以达到无反射的目的。
根据公式（2）计算边界块体的粘性力，并通过最小势能原理，引入DDA的荷载矩阵，完成无反射边界的施加。
基于所述可控冲击波设定的峰值压力、持续时间及波形类型，确定不同时间下所述可控冲击波的荷载大小，构建可控冲击波荷载-时间曲线；
在本实施例中，可控冲击波荷载-时间曲线具有典型的上升段与下降段，本发明优选将可控冲击波的波形概化为三角波（如图6所示），结合定义峰值压力P b ，冲击波的持续时间t b ，进而构建可控冲击波荷载-时间曲线。
设置所述可控冲击波对所述页岩储层的冲击总时间、时间步长及开始时间，根据所述可控冲击波荷载-时间曲线，确定当前时间步的冲击荷载应力，作用在所述套管上；
在本实施例中，数值模拟通过时间步的方式进行整个冲击过程的模拟计算，即在开始实际的冲击波致裂过程计算时，先设置时间步长为∆t，总计算时长为t（即冲击总时间）以及开始时间，然后根据当前累计的时间数值，与输入的冲击波荷载-时间曲线对比，获得曲线上对应的荷载数值，即为当前时间的冲击波荷载大小，产生所述可控冲击波作用在所述套管上进而传入所述页岩储层。
根据不同时间下所述可控冲击波对应的荷载数值，结合DDA总荷载矩阵、所述无反射边界及所述材料力学参数，通过非连续变形分析方法，求解块体系统变形，得到不同时间下所述页岩储层模型的应力场分布，进而根据结合块体单元位移和所述块体系统变形得到压裂缝网的动态拓展形态（在二维情况下，独立应力分量有三个）。
在本实施例中，确定当前的时间下对应的可控冲击波的荷载数值，并引入DDA总体荷载矩阵，然后，根据上述构建的非连续变形分析算法（即公式（1）），求解块体系统变形，获得冲击波加载过程中应力场的动态演化过程，输出当前时间下的应力场（其中材料力学参数：弹性模量、泊松比、密度等参数与冲击波的传播速度、岩体变形有关；强度参数与裂缝拓展有关；无反射边界：主要用在边界上，吸收波的能量，模拟无限大储层环境），并根据块体间的接触关系识别裂缝拓展情况，并将新生裂缝更新到总体裂缝网络。判断是否达到冲击总时间：未达到时，根据当前系统的位移变化量更新时间步长，继续下一时间步的应力场计算；达到冲击总时间时，计算结束。
通过上述步骤可以获得冲击波动态传播过程（如图8所示），及沿井筒向储层内部的应力衰减情况。同时，可以获得水泥环内部应力随冲击波加载过程的应力-时间演化曲线（图9）。进而通过数值模拟获得冲击波荷载作用下压裂缝网的动态演化过程，如图10所示。输出不同时刻下的裂缝网络构型，可用于分析可控冲击波压裂的有效性，提高缝网改造效果，从而提高页岩油储层的采收率和开采效率。
另外，根据块体间的接触关系识别裂缝拓展情况，具体为：
基于所述应力场，结合所述摩尔库伦准则和最大拉应力准则，通过块体间的接触关系、块体间的裂缝类型以及裂缝面的位移类型，得到不同时间下所述页岩储层模型在所述可控冲击波冲击下形成的裂缝类型。即本发明应用摩尔库伦准则和最大拉应力准则判别冲击波荷载下单元间的破坏。假设裂缝只能在块体单元的边界进行扩展，不能穿越块体。裂缝的拓展和识别根据块体间的接触类型进行分析：当块体间接触关系为闭合时，块体间无裂缝生成，此时相邻块体单元发生连续变形；当块体间接触关系为张开时，块体间生成拉张裂缝，裂缝面可以张开和滑移，此时裂缝类型对应于Ⅰ型拉张裂缝；当块体间接触关系为滑动时，块体间生成剪切裂缝，裂缝面可以滑移，此时对应于Ⅱ型剪切裂缝。裂缝拓展过程中，块体接触关系被实时更新，新的块体间破裂被识别，裂缝发生拓展。识别块体系统所有的破裂接触面，则可得到所有的裂缝。对每一时刻的接触关系进行遍历和判断，则可实现动态裂缝拓展的模拟。
本发明第二实施例的一种储层可控冲击波致裂的非连续变形分析模拟计算系统，用于计算页岩储层在可控冲击波作用下的应力场并同时模拟压裂缝网的动态拓展过程；发出所述可控冲击波的冲击波发生器位于套管内，所述套管的外侧是水泥环，所述水泥环的外侧是所述页岩储层；如图2所示，该系统包括：
模型构建模块，配置为根据所述套管的实际壁厚、所述水泥环的厚度，构建页岩储层模型；
参数获取模块，配置为对所述页岩储层模型进行网格划分，并结合所述套管、所述水泥环、所述页岩储层的力学特性，获取对应的材料力学参数；
边界设置模块，配置为对所述页岩储层模型的边界块体施加虚拟的粘性弹簧，并通过最小势能原理，将粘性力引入DDA方法的荷载矩阵，完成所述页岩储层模型的无反射边界的设置；
曲线构建模块，配置为基于所述可控冲击波设定的峰值压力、持续时间及波形类型，确定不同时间下所述可控冲击波的荷载大小，构建可控冲击波荷载-时间曲线；
冲击波产生模块，配置为设置所述可控冲击波对所述页岩储层的冲击总时间、时间步长及开始时间，根据所述可控冲击波荷载-时间曲线，确定当前时间步的冲击荷载应力，作用在所述套管上；
应力场获取模块，配置为根据不同时间下所述可控冲击波对应的荷载数值，结合DDA总荷载矩阵、所述无反射边界及所述材料力学参数，通过非连续变形分析方法，求解块体系统变形，得到不同时间下所述页岩储层模型的应力场分布，进而根据结合块体单元位移和所述块体系统变形得到压裂缝网的动态拓展形态。
需要说明的是，上述实施例提供的储层可控冲击波致裂的非连续变形分析模拟计算系统，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，在实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块来完成，即将本发明实施例中的模块或者步骤再分解或者组合，例如，上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。对于本发明实施例中涉及的模块、步骤的名称，仅仅是为了区分各个模块或者步骤，不视为对本发明的不当限定。
本发明第三实施例的一种电子设备，包括：至少一个处理器；以及与至少一个所述处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述处理器执行的指令，所述指令用于被所述处理器执行以实现上述的储层可控冲击波致裂的非连续变形分析模拟计算方法。
本发明第四实施例的一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于被计算机执行以实现上述的储层可控冲击波致裂的非连续变形分析模拟计算方法。
所述技术领域的技术人员可以清楚的了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的一种电子设备、计算机可读存储介质的具体工作过程及有关说明，可以参考前述方法实例中的对应过程，在此不再赘述。
本领域技术人员应该能够意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的模块、方法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，软件模块、方法步骤对应的程序可以置于随机存储器（RAM）、内存、只读存储器（ROM）、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。为了清楚地说明电子硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以电子硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。本领域技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不是用于描述或表示特定的顺序或先后次序。
术语“包括”或者任何其它类似用语旨在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备/装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括这些过程、方法、物品或者设备/装置所固有的要素。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种储层可控冲击波致裂的非连续变形分析模拟计算方法，用于计算页岩储层在可控冲击波作用下的应力场并同时模拟压裂缝网的动态拓展过程；发出所述可控冲击波的冲击波发生器位于套管内，所述套管的外侧是水泥环，所述水泥环的外侧是所述页岩储层；其特征在于，该方法包括：
根据所述套管的实际壁厚、所述水泥环的厚度，构建页岩储层模型；
对所述页岩储层模型进行网格划分，并结合所述套管、所述水泥环、所述页岩储层的力学特性，获取对应的材料力学参数；
对所述页岩储层模型的边界块体施加虚拟的粘性弹簧，并通过最小势能原理，将粘性力引入DDA方法的荷载矩阵，完成所述页岩储层模型的无反射边界的设置；
基于所述可控冲击波设定的峰值压力、持续时间及波形类型，确定不同时间下所述可控冲击波的荷载大小，构建可控冲击波荷载-时间曲线；
设置所述可控冲击波对所述页岩储层的冲击总时间、时间步长及开始时间，根据所述可控冲击波荷载-时间曲线，确定当前时间步的冲击荷载应力，作用在所述套管上；
根据不同时间下所述可控冲击波对应的荷载数值，结合DDA总荷载矩阵、所述无反射边界及所述材料力学参数，通过非连续变形分析方法，求解块体系统变形，得到不同时间下所述页岩储层模型的应力场分布，进而结合块体单元位移和块体系统变形得到压裂缝网的动态拓展形态。
2.根据权利要求1所述的储层可控冲击波致裂的非连续变形分析模拟计算方法，其特征在于，所述材料力学参数包括弹性模量、泊松比、抗拉强度、密度、摩擦角、粘聚力。
3.根据权利要求2所述的储层可控冲击波致裂的非连续变形分析模拟计算方法，其特征在于，所述粘性力，其计算方法为：
；
其中，ρ为岩体密度，l为粘性力作用长度，v n ，v s 分别为点（x,y）处的法向、切向速度，C p ，C s 分别为P波、S波的波速，f n、 f s 分别表示粘性弹簧的法向粘性力、切向粘性力。
4.根据权利要求1所述的储层可控冲击波致裂的非连续变形分析模拟计算方法，其特征在于，所述波形类型包括三角波。
5.根据权利要求3所述的储层可控冲击波致裂的非连续变形分析模拟计算方法，其特征在于，所述非连续变形分析方法为：
；
其中，D为位移矢量；为加速度矢量；/>为速度矢量；F为载荷矩阵；M代表质量矩阵；μ为阻尼矩阵；K为刚度矩阵。
6.根据权利要求1所述的储层可控冲击波致裂的非连续变形分析模拟计算方法，其特征在于，所述压裂缝网的动态拓展形态，其获取方法为：
基于所述应力场分布，结合摩尔库伦准则和最大拉应力准则，通过块体间的接触关系、块体间的裂缝类型以及裂缝面的位移类型，得到不同时间下所述页岩储层模型在所述可控冲击波冲击下形成的裂缝类型，即压裂缝网的动态拓展形态。
7.一种储层可控冲击波致裂的非连续变形分析模拟计算系统，用于计算页岩储层在可控冲击波作用下的应力场并同时模拟压裂缝网的动态拓展过程；发出所述可控冲击波的冲击波发生器位于套管内，所述套管的外侧是水泥环，所述水泥环的外侧是所述页岩储层；其特征在于，该系统包括：
模型构建模块，配置为根据所述套管的实际壁厚、所述水泥环的厚度，构建页岩储层模型；
参数获取模块，配置为对所述页岩储层模型进行网格划分，并结合所述套管、所述水泥环、所述页岩储层的力学特性，获取对应的材料力学参数；
边界设置模块，配置为对所述页岩储层模型的边界块体施加虚拟的粘性弹簧，并通过最小势能原理，将粘性力引入DDA方法的荷载矩阵，完成所述页岩储层模型的无反射边界的设置；
曲线构建模块，配置为基于所述可控冲击波设定的峰值压力、持续时间及波形类型，确定不同时间下所述可控冲击波的荷载大小，构建可控冲击波荷载-时间曲线；
冲击波产生模块，配置为设置所述可控冲击波对所述页岩储层的冲击总时间、时间步长及开始时间，根据所述可控冲击波荷载-时间曲线，确定当前时间步的冲击荷载应力，作用在所述套管上；
应力场获取模块，配置为根据不同时间下所述可控冲击波对应的荷载数值，结合DDA总荷载矩阵、所述无反射边界及所述材料力学参数，通过非连续变形分析方法，求解块体系统变形，得到不同时间下所述页岩储层模型的应力场分布，进而根据结合块体单元位移和所述块体系统变形得到压裂缝网的动态拓展形态。
8.一种电子设备，其特征在于，包括：
至少一个处理器；以及与至少一个所述处理器通信连接的存储器；
其中，所述存储器存储有可被所述处理器执行的指令，所述指令用于被所述处理器执行以实现权利要求1-6任一项所述的储层可控冲击波致裂的非连续变形分析模拟计算方法。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于被所述计算机执行以实现权利要求1-6任一项所述的储层可控冲击波致裂的非连续变形分析模拟计算方法。
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