裂隙網絡的案例
基于MATLAB的離散裂隙網絡構建代碼 ￥200
該程序可實現構建表征地下儲層的復雜離散裂隙網絡。每條裂隙可通過控制裂隙跡長，裂隙開度，裂隙方向三個參數改變單條裂隙幾何形貌。可通過分別控制三個參數的分布規律（均勻分布，正態分布，對數正態分布，指數分布等）及一定面積內的裂隙密度來控制整個裂隙網絡的形貌。
生成的裂隙網絡可進一步后處理導入有限元模擬軟件，如COMSOL進行流體流動及固體變形仿真模擬。
基于裂隙網絡模型的地下流體滲流的有限元分析 ￥200
本案例基于構建的離散裂隙網絡模型，在COMSOL中進行了油氣在儲層裂隙及基質中的滲流規律模擬分析。本案例可實現以下功能：
可靈活改變裂隙網絡幾何參數表征不同特性的儲層；
可進行油，氣，水在地下裂隙及空隙中的流動規律分析；
可對裂隙儲層的油氣抽采等工程進行模擬仿真；
可在該案例上自主添加固體力學場和熱場進行更復雜的分析；
裂隙中的流固耦合仿真方法
使用 COMSOL Multiphysics 進行仿真是因為它具有卓越的功能:
同時求解多物理場方程，實現直接耦合
將模型參數定義為其他場變量的函數，實現間接耦合
明確表示離散的裂隙，并求解其中的物理過程(如裂隙流動和裂隙變形)
下面，我們將闡述在 COMSOL Multiphysics 中建立裂隙介質全耦合流體力學數值模型的步驟，并列舉一些仿真實例。
模擬步驟
在 COMSOL Multiphysics 中進行數值仿真涉及 3 個主要步驟。
步驟1:生成模型幾何和網格
首先，可以使用 AutoCAD? 或 Rhinoceros? 等 CAD 軟件構建幾何上表示為線/折線的離散裂隙網絡。然后將幾何數據導出為 DXF? 文件，這些文件可以直接導入 COMSOL Multiphysics。這一步驟也可以在 MATLAB? 中完成，按照規定的概率分布生成合成裂隙網絡，并將其導出到 DXF?。
提示：您還可以使用離散裂隙網絡插件直接在 COMSOL Multiphysics 內部的現有幾何結構中創建隨機裂隙，如裂縫性儲層的 3D 示例模型所述。
導入幾何圖形后，我們使用三角形有限元的非結構化網格（通過 Delaunay 細分）對域進行離散化，其中天然裂隙由嵌入相鄰有限元之間的聯合單元表示（圖1）。
圖1。該模型采用三角形有限元的非結構化網格離散化，其中天然裂隙由嵌入相鄰有限元之間的聯合單元表示。
展開 Comsol-裂隙多孔介質流固耦合-損傷模型 ￥650
針對裂隙多孔介質流體注入引起天然裂隙的激活，巖石產生新損傷形成水力裂縫，本案例建立了裂隙多孔介質流固耦合-損傷模型，實現如下功能：
（1）采用comsol with matlab建立隨機天然裂隙網絡幾何模型；
（2）針對天然裂隙，建立裂隙模型，考慮其變形過程對裂縫寬度和滲透率的影響，可得到裂隙寬度分布；
（3）考慮損傷演化過程和流固耦合作用，巖石孔隙度和滲透率隨著損傷和應力大小變化；
（4）可用于分析水力裂隙擴展以及壓后滲透率改變等。
部分結果圖：
幾何模型
Mises stress分布
Pressure分布
Damage分布
Fracture width分布
參考文獻：
Qinghua Lei. Modelling fluid injection-induced fracture activation, damage growth, seismicity occurrence and connectivity change in naturally fractured rocks. International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences 138 (2021) 104598.
展開 
COMSOL裂隙流
裂隙介質的流動特性與均質介質顯著不同，裂隙的分布、連通性和幾何形態對流體流動有著決定性的影響。本案例介紹在COMSOL內建立復雜的圓片裂隙網絡模型，并模擬流體穿過裂隙時的流體流動行為。
圓片狀裂隙模型可采用CAD纖維密堆積3D插件建立，模型的參數設置如圖所示。
在AutoCAD內將生成的裂隙聚積模型導出為sat格式文件后，再將模型導入到COMSOL內，即可完成初始裂隙模型的建模
。
對模型設置材料并劃分網格。
進行三維滲流模擬，選擇層流穩態，將模型左側設置入口，右側設置出口，提交分析并完成模擬。
本案例中對模型的設定是流體不能穿過模型內的圓片結構，如模擬土層內的圓片顆粒夾雜對滲流的影響等。模型采用了圓片堆積算法，能更好的擬合實際工程中圓片狀顆粒在重力下的堆積工程場景。
展開 關于UDEC軟件的可選模塊
流體分析模塊
世界前沿的裂隙流分析技術，用于模擬流體沿裂隙網絡的流通、擴展、遷移行為，并可以考慮兩相不可混/近似不可壓介質流。流體分析模塊可與其他模塊實現耦合計算技術，特別地，流-固耦合分析中，裂隙導水率與其變形呈函數關系變化，裂隙水壓力與介質骨架實現相互作用。總體地，UDEC可處理承壓流、瞬態流、兩相流和自由液面計算等諸如此類的流體問題。
溫度分析模塊
溫度分析模塊主要針對熱傳導/對流、及熱-力耦合問題而開發。與流體分析模塊類似，該模塊可進行獨立運算，或結合其它模塊實現耦合分析目的，如參與熱-力耦合、熱-水力耦合、甚至可結合動力分析模塊進行完全動力耦合分析。
結構單元模塊
UDEC為工程支護結構的模擬提供高端技術手段，即結構單元程模塊。模塊中的結構單元庫幾乎涵蓋了現有工程處理所采用的所有支護形式，如梁、樁、錨桿/錨索、襯砌單元等。UDEC結構單元模塊的另一重要特點在于描述結構-巖/土體相互作用機理的突出優勢，支護結構與巖/土體接觸面在切向和法向均通過耦合彈簧連接，耦合彈簧的力學特征通過彈/彈塑性本構加以定義，可模擬結構-巖/土體之間的剪切滑移和脫開行為。
本構自定義模塊
UDEC為用戶提供了特定本構模型開發接口，所支持的高級開發環境為Visual C++。
展開 COMSOL實現水力壓裂過程中復雜裂縫擴展
我目前借助使用比較多的COMSOL with Matlab平臺，初步實現了實驗室和現場中裂隙煤體中復雜裂縫擴展的模擬。模型中很大的問題，也是收斂問題，主要的參數與方程來自與公開發表的文獻。該模型使用的主要方程是線彈性軟化損傷方程與裂隙本構方程。水力裂縫與天然裂縫之間的相互作用，是模型的難點。comsol中的裂隙流模塊，可以實現裂隙中水流動。在5.6之前的版本中，固體力學模塊中有彈性薄層接口，這個接口可以自定義裂隙的本構方程。基于裂隙的本構模型，可以獲得裂隙表面的法向應力與剪切應力，從而實現裂隙的閉合與張開，具體方程可以參考Qinghua Lei在IJRMMS上發表的論文。使用零厚度的線段或者平面來代替裂隙，煤巖的損傷主要發生在基質中，天然裂隙或其他節理不會出現損傷。使用矩形或者很薄的長方體表征裂隙，可以設置裂隙的強度參數和根據破壞準則判斷破壞類型。不過，使用成百上千的矩形或者長方體的話，網格單元數量比較多，對計算機配置有較高的要求。COMSOL中比較容易生成離散裂隙網絡（DFN)，模型計算量會小一些。
下面幾幅圖是實驗室、現場水力壓裂裂縫擴展的效果展示圖。
Qinghua Lei的文獻題目：
Modelling fluid injection-induced fracture activation, damage growth, seismicity occurrence and connectivity change in naturally fractured rocks
展開 方案 | Hydraulic Fracturing Simulator 地下資源開采水力壓裂仿真解決
3）流固耦合分析：基于ANSYS開發的各向異性滲流分析與雙向流固耦合技術，考慮滲流與裂隙擴展的交互影響，真實模擬水力壓裂過程。
4）optiSLang：Dynardo開發的多參數、多目標優化分析軟件，基于MOP技術提供了當今最高效的參數敏感性與優化分析功能，可以基于實測數據對數百個不確定性輸入參數進行快速反演分析，并對壓裂設計與產量進行優化。
參數反演針對某階段壓裂施工的初始地應力條件、灌注流量、井底壓力、瞬時關井壓力、微震監測數據等工程測量數據進行，其目標是確定合理的輸入參數以保證仿真結果與實測數據一致。反演得到的有效預測模型可用于后續工程階段或者同氣藏其他氣井的產量預測與優化。
Hydraulic Fracturing SImulator的水力壓裂分析流程
Hydraulic Fracturing Simulator的優勢與用戶價值
1）Hydraulic Fracturing Simulator是目前唯一基于三維有限元技術的水力壓裂模擬解決方案，可以真實模擬地質結構及其力學行為，并在模型中考慮所有工程參數，包括地質勘探、測井數據、壓裂液參數、壓裂設計參數等。
2）基于先進的力學模型，可以模擬復雜節理網絡與完整巖體的斷裂破壞，包括空間剪切破壞和拉伸破壞，是目前唯一可以真實反映節理發育巖體（如頁巖）斷裂機理的水力壓裂解決方案。
壓裂擴展過程裂隙張開度以及節理巖體滲透系數
3）瞬態滲流與應力分析的雙向耦合，真實模擬水力壓裂過程。
4）基于現場實測數據進行參數反演，有效地解決了參數不確定性問題，保證了模型的有效性。
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