基于万能网格及相场的水力压裂多尺度数值模拟方法

项目名称： 基于万能网格及相场的水力压裂多尺度数值模拟方法

项目编号： No.11402146

项目类型： 青年科学基金项目

立项/批准年度： 2014

项目学科： 数理科学和化学

项目作者： 沈泳星

作者单位： 上海交通大学

项目金额： 28万元

中文摘要： 能源短缺制约着我国的经济发展。作为储量较大的能源，页岩气正引起国家的高度重视。水力压裂是开采页岩气的核心技术。由于尺度大且不方便直接观测，相关实验亦相当昂贵，利用计算模拟预测压裂过程成为工艺设计的重要环节。然而，目前主流的计算方法―位移间断法、传统及扩展有限元法和离散元法―各有其局限性，难以推广到多裂缝及岩土不均匀的情况。本项目将在申请人相关工作基础上，开发出针对页岩受水压形成多裂缝的多尺度有限元计算方法，用以指导水力压裂的实践。具体计划为利用万能网格法开发针对裂缝分叉及与天然裂缝交叉的有限元方法，同时使用相场方法作为判断裂缝分叉的准则。考虑到相场方法的成本，本项目计划把整体的计算分为两个尺度，通过对裂缝尖端附近区域的计算（小尺度）得出裂缝扩展及分叉的规律，总结成数据库并应用到大尺度计算中，模拟整个压裂过程。其中大尺度部分调试后将实现到有限元商业软件中，为科研及产业同行提供有用的工具。

中文关键词： 有限元分析；裂纹扩展；相场；万能网格；

英文摘要： Energy shortage constrains our country’s economic development. As an energy source with a high amount of reserves, shale gas is attracting the attention of our country. The core technique to extract shale gas is hydraulic fracturing. Since this process ha

英文关键词： Finite element analysis；Crack propagation；Phase field；Universal meshes；