孔隙壓力場(chǎng)
關(guān)注創(chuàng)建者：粉哥 創(chuàng)建時(shí)間：2020-04-09
孔隙壓力場(chǎng)的視頻教程
孔隙壓力場(chǎng)的實(shí)例教程
無論是鉆井工程師、 地球物理學(xué)家、地質(zhì)師、巖石物理學(xué)家，都能夠有效地使用DrillWorks/PREDICT來預(yù)測(cè)世界各地的孔隙和破裂壓力變化曲線。軟件可以使用多種 數(shù)據(jù)，包括各種格式的測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)、地震資料和MWD數(shù)據(jù)。這套軟件并不依賴于單一的孔隙壓力模型和方法，而是兼容并蓄地含蓋了眾多的模型和方法，用戶可以對(duì) 癥下藥，有選擇地使用模型來預(yù)測(cè)特定地質(zhì)條件下的地層壓力。
DrillWorks/PREDICT是一套由用戶主導(dǎo)的軟件系統(tǒng)，它可以使用戶容易地、迅速地確定已鉆井和未鉆井的上覆巖層壓力梯度、孔隙壓力梯度和破 裂壓力梯度。用戶可以對(duì)多個(gè)計(jì)劃井和任意多個(gè)鄰井的數(shù)據(jù)進(jìn)行觀察、處理、分析。在鉆井施工過程中，PREDICT使現(xiàn)場(chǎng)決策和儲(chǔ)存地質(zhì)資料都變得得心應(yīng) 手。軟件配備的“用戶定義方法”及“用戶定義程序”極大地?cái)U(kuò)展了這套系統(tǒng)的功能，使之得以處理井壁穩(wěn)定和巖石力學(xué)的分析，而這些方面的分析因?yàn)樾本⒋笪?移井的出現(xiàn)，變得越來越重要。
展開 初始升高，隨后孔隙壓力隨時(shí)間降低。孔隙壓力的初始增加是由于與孔隙相比孔隙流體的體積膨脹相對(duì)較高。孔隙壓力場(chǎng)中的梯度是驅(qū)動(dòng)孔隙流體流動(dòng)所必需的。結(jié)果表明，在相對(duì)較早的時(shí)間，孔隙流體從物質(zhì)點(diǎn)擴(kuò)散的強(qiáng)度還不足以抵消與溫度升高相關(guān)的體積增加。因此，孔隙壓力隨時(shí)間增加。但是，隨著時(shí)間的流逝，材料點(diǎn)處的溫度升高速度減慢，并且孔隙流體的擴(kuò)散加快，從而溫度的任何進(jìn)一步升高（以及相關(guān)的體積變化）都不會(huì)導(dǎo)致孔隙的進(jìn)一步增加。壓力，并且孔隙壓力隨時(shí)間衰減。
圖1.15.7–4和圖1.15.7–5分別顯示了分析過程中某個(gè)中間時(shí)間（大約5700秒）的孔隙壓力等高線圖和流體速度大小的矢量圖。孔隙壓力的分布近似軸對(duì)稱，較高的孔隙壓力更靠近中央熱源。孔隙壓力中的徑向梯度驅(qū)動(dòng)孔隙流體流動(dòng)，從而導(dǎo)致孔隙流體速度矢量大致指向徑向。網(wǎng)格本身不是軸對(duì)稱的，這會(huì)導(dǎo)致純軸對(duì)稱狀態(tài)的解有很小的變化。
Figure 1.15.7–4 Contour plot of pore pressure at an intermediate time.
Figure 1.15.7–5 Vector plot of pore fluid velocity at an intermediate time.
盡管此問題說明了埋在土壤中的熱源物理問題的耦合性質(zhì)，但耦合性質(zhì)相對(duì)較弱。因此，雖然孔隙流體流場(chǎng)主要由孔隙流體和孔隙的相對(duì)熱體積膨脹驅(qū)動(dòng)，因此直接取決于溫度場(chǎng)，但是熱傳遞問題對(duì)孔隙流體流不敏感。例如，可以通過考慮對(duì)流傳熱來實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)的耦合，其中傳熱速率直接受孔隙流體速度影響。耦合的其他潛在來源包括磁導(dǎo)率對(duì)空隙率的依賴性，空隙率取決于材料中的應(yīng)變水平（包括熱膨脹）。盡管在Abaqus / Standard的配方中考慮了這種影響，但在當(dāng)前問題中忽略了這些影響。
展開 初始升高，然后孔隙壓力隨時(shí)間降低。孔隙壓力的初始增加是由于與孔隙相比孔隙流體的體積膨脹相對(duì)較高。孔隙壓力場(chǎng)中的梯度是驅(qū)動(dòng)孔隙流體流動(dòng)所必需的。結(jié)果表明，在相對(duì)較早的時(shí)間，孔隙流體從物質(zhì)點(diǎn)擴(kuò)散的強(qiáng)度不足以抵消與溫度升高相關(guān)的體積增加。因此，孔隙壓力隨時(shí)間增加。但是，隨著時(shí)間的流逝，材料點(diǎn)溫度的升高速度減慢，并且孔隙流體的擴(kuò)散加快，從而溫度的任何進(jìn)一步升高（以及相關(guān)的體積變化）都不會(huì)導(dǎo)致孔隙的進(jìn)一步增加壓力，并且孔隙壓力隨時(shí)間衰減。
圖1.15.7–4和圖1.15.7–5分別顯示了分析過程中某個(gè)中間時(shí)間（大約5700秒）的孔隙壓力等高線圖和流體速度大小的矢量圖。孔隙壓力的分布近似軸對(duì)稱，較高的孔隙壓力更靠近中央熱源。孔隙壓力中的徑向梯度驅(qū)動(dòng)孔隙流體流動(dòng)，從而導(dǎo)致孔隙流體速度矢量大致指向徑向。網(wǎng)格本身不是軸對(duì)稱的，這會(huì)導(dǎo)致溶液從純軸對(duì)稱狀態(tài)發(fā)生小的變化。
Figure 1.15.7–4 Contour plot of pore pressure at an intermediate time.
Figure 1.15.7–5 Vector plot of pore fluid velocity at an intermediate time.
雖然這個(gè)問題說明了埋在土壤中的熱源的物理問題的耦合性質(zhì)，但是耦合性質(zhì)相對(duì)較弱。因此，雖然孔隙流體流場(chǎng)主要由孔隙流體和孔隙的相對(duì)熱體積膨脹驅(qū)動(dòng)，因此直接取決于溫度場(chǎng)，但是熱傳遞問題對(duì)孔隙流體流不敏感。例如，可以通過考慮對(duì)流傳熱來實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)的耦合，其中傳熱速率直接受孔隙流體速度影響。耦合的其他潛在來源包括磁導(dǎo)率對(duì)空隙率的依賴性，空隙率取決于材料中的應(yīng)變水平（包括熱膨脹）。盡管在Abaqus / Standard的配方中考慮了此類影響，但在當(dāng)前問題中忽略了這些影響。
展開 孔隙率和壓力是這一工藝的指標(biāo)。在本案例研究中，我們介紹了假設(shè)壓延工藝形成固體顆粒（粉末）的模擬。VSOP-PS是J-OCTA的模擬器之一，它使用離散元法（DEM, Discrete Element Method）計(jì)算薄膜形成過程中的壓力和孔隙率，同時(shí)考慮到固體顆粒之間的接觸。在材料模型中，根據(jù)之前的研究，使用了6種活性材料和1種粘合劑表征不同直徑的顆粒。壓縮計(jì)算通過在封閉區(qū)域填充顆粒，然后降低上壁來實(shí)現(xiàn)。從計(jì)算區(qū)域的體積中減去顆粒的體積即可得到孔隙率。與之前的研究一樣，壓力和孔隙率之間的關(guān)系是通過壓縮到最大壓力，然后向上拉伸上壁得到的。
圖1. 使用J-OCTA的RVE模型構(gòu)建的初始顆粒結(jié)構(gòu)
二、結(jié)果
圖2顯示了拉伸過程中上壁所受壓力與孔隙率之間的關(guān)系。VSOP-PS 的結(jié)果（藍(lán)色圓圈）與前人的實(shí)驗(yàn)和計(jì)算結(jié)果接近。
本文介紹了使用VSOP-PS對(duì)固體和粉末材料的接觸（摩擦）進(jìn)行離散元法計(jì)算，如果您感興趣，請(qǐng)聯(lián)系我們。
圖2. 在拉伸過程中上壁壓力和孔隙率之間的關(guān)系
（轉(zhuǎn)載自：J-Octa官網(wǎng)）
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展開 儲(chǔ)層物性參數(shù)：彈性模量30GPa，泊松比0.25，流體比重980N/m^3，滲透系數(shù)1e-7m/s，孔隙比0.1。cohesive單元參數(shù)：彈性類型為面作用力，彈性模量30GPa，損傷準(zhǔn)則采用最大正應(yīng)力準(zhǔn)則，抗拉強(qiáng)度為6MPa，抗壓和抗剪切強(qiáng)度為100MPa，損傷演化類型為位移，破壞位移為0.001mm，損傷穩(wěn)定粘性系數(shù)為1e-5，液體泄漏頂部系數(shù)和底部系數(shù)為1e-14m/Pas，間隙流類型為Newtonian，粘性0.1Pas。指派單元類型中cohesive單元粘性及厚度為0.01。水平井段長(zhǎng)40，角度為北偏西20°，水平井段均勻分布8段長(zhǎng)度為0.4的直線段作為射孔和注入點(diǎn)位置，在模型關(guān)鍵字里定義為initial gap初始損傷單元作為起始裂縫。采用超靜水壓力系統(tǒng)，初始地層孔隙壓力為0。實(shí)體單元basement應(yīng)力場(chǎng)為S11=-10e6,S22=-5e6,S12=S33=0。注入點(diǎn)載荷為-0.01m^2/s，有幅值緩沖。注入時(shí)間步長(zhǎng)為10s。
模型運(yùn)行了136步3秒不到出現(xiàn)不收斂：Time increment required is less than the minimum specified。右上角出現(xiàn)了孔隙壓力負(fù)值，查看了邊界條件，設(shè)置了四邊位移自由度為0，孔隙壓力也為0。將應(yīng)力場(chǎng)改為S11=-10e6,S22=0,S12=S33=0，重新運(yùn)行，模型運(yùn)行到200多步四秒不到依然報(bào)錯(cuò)。將注入載荷縮小成-0.001，這次可以運(yùn)行成功，但裂縫寬度也縮小很多。
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孔隙壓力場(chǎng)的最新內(nèi)容
采用cohesive單元全局插入模擬裂縫擴(kuò)展。儲(chǔ)層物性參數(shù)：彈性模量30GPa，泊松比0.25，流體比重980N/m^3，滲透系數(shù)1e-7m/s，孔隙比0.1。cohesive單元參數(shù)：彈性類型為面作用力，彈性模量30GPa，損傷準(zhǔn)則采用最大正應(yīng)力準(zhǔn)則，抗拉強(qiáng)度為6MPa，抗壓和抗剪切強(qiáng)度為100MPa，損傷演化類型為位移，破壞位移為0.001mm，損傷穩(wěn)定粘性系數(shù)為1e-5，液體泄漏頂部系數(shù)和底部系數(shù)為
采用離散元法（DEM）
對(duì)固體（粉末）層的壓縮和拉伸進(jìn)行模擬
一、目標(biāo)和方法
在電池電極的制造過程中，有一道稱為壓延的工序，電極材料在壓延機(jī)的作用下壓縮成型。這一工藝可將材料形成均勻的薄膜，并增加材料之間的接觸面積，從而提高電池性能。孔隙率和壓力是這一工藝的指標(biāo)。在本案例研究中，我們介紹了假設(shè)壓延工藝形成固體顆粒（粉末）的模擬。VSOP-PS是J-OCTA的模擬器之一，它使用離散元法
結(jié)果表明，當(dāng) Biot 系數(shù)越高(或者說耦合越強(qiáng))時(shí)，開挖引起的孔隙彈性壓力場(chǎng)越不均勻，巖石損傷和破裂位移也越大。開挖和排水過程都會(huì)誘發(fā)與巖石基質(zhì)的脆性損傷和/或天然裂隙的摩擦滑動(dòng)相關(guān)的地震活動(dòng)（圖 6）。
圖5 裂隙巖石在開挖過程中及開挖后的壓力、應(yīng)力和損傷演化。
附件K文件為基于S-ALE模擬波浪環(huán)境中流場(chǎng)梯度的設(shè)置
上圖分別為頁面運(yùn)動(dòng)情況以及流場(chǎng)的壓力梯度云圖，S-ALE通過邊界的設(shè)定與流場(chǎng)壓力的組合模擬了在波浪環(huán)境下流暢的壓力梯度。基于此可以進(jìn)行研究其他在波浪環(huán)境下與梯度相關(guān)的數(shù)值模擬。
<p>本案例建立了一壓力容器，考慮了兩種計(jì)算工況：（1）全開A口，關(guān)閉B口，關(guān)閉C口；（2）全開A口和B口，開放C口，容器內(nèi)的速度場(chǎng)、溫度場(chǎng)和壓力場(chǎng)的動(dòng)態(tài)變化分布。仿真結(jié)果展示如下所示：</p><p><img src="https://img.jishulink.com/202204/imgs/342d08917781496b810f4fcd22fe8364.png" alt="m1.png"></
靜水壓數(shù)值模擬
k文件見附件
從井眼的位移場(chǎng)、孔隙壓力和應(yīng)力場(chǎng)三個(gè)方面來分析求解數(shù)據(jù)，最終實(shí)現(xiàn)問題的分析和解決。
圖3 井眼應(yīng)力場(chǎng)變化的3D圖
在各種應(yīng)力作用下，井眼圍巖會(huì)發(fā)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，也會(huì)發(fā)生一定規(guī)律下的壓縮和拉伸。最小水平應(yīng)力對(duì)裂縫附近應(yīng)力分布影響如下圖所示。
如上參考文獻(xiàn)中給出的溫度和孔隙壓力場(chǎng)的表達(dá)式復(fù)制如下。這些表達(dá)式用于獲得解析解，以便與數(shù)值結(jié)果進(jìn)行比較。在 (, , ) 點(diǎn)和時(shí)間的溫度值由下式給出
其中，是熱源的強(qiáng)度（單位時(shí)間每單位體積從熱源輻射的熱能），
和 (,,代表圓柱體內(nèi)點(diǎn)源的坐標(biāo)。
為了幫助工程師和聲學(xué)專家在日常任務(wù)中進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量，Brüel & Kj?r開發(fā)了一款堅(jiān)固耐用且可靠的?英寸CCLD壓力場(chǎng)傳聲器——4971-H-041型。
該新版本是?英寸預(yù)極化壓力場(chǎng)傳聲器系列（4971型）和?英寸高溫恒流源線驅(qū)動(dòng)（CCLD）前置放大器的組合，可連接CCLD輸入模塊，從而確保所有測(cè)量都可以使用通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
4971-H-041型傳聲器針對(duì)壓力場(chǎng)的應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化
如上參考文獻(xiàn)中給出的溫度和孔隙壓力場(chǎng)的表達(dá)式復(fù)制如下。這些表達(dá)式用于獲得解析解，以便與數(shù)值結(jié)果進(jìn)行比較。在點(diǎn)和時(shí)間的溫度值由下式給出
其中，qv是熱源的強(qiáng)度（每單位時(shí)間每單位體積從熱源輻射的熱能），和代表圓柱體內(nèi)點(diǎn)源的坐標(biāo)。
