岩石破裂多场耦合虚内键(VIB)模拟方法及其应用

油气储层压裂改造涉及岩石多物理场耦合的破裂过程，如何对这一过程进行有效的数值模拟是一个非常有挑战性的难题。鉴于传统连续介质方法在分析岩石方面的局限性，近年来发展了一套多场耦合离散虚内键方法(DVIB)。该方法认为岩石在细观上是由一个个键元胞组成，每个键元胞由有限条虚内键组成。在分析纯力学场时，每条键只看作为两个节点之间的力学连结件，遵循特定的力学粘结法则(Cohesive law)。在分析渗流场时，每条键可看作为水流通道;在分析热场时，每条键看作为热传导通道;而分析化学场时，每条键看作为酸液的输运通道及化学反应场所。当酸液流经每条键时，会不断地溶蚀键，增加其孔隙度，增强了导流能力，同时降低了力学性能，直到键完全被溶蚀，形成一个微孔穴。大量微孔穴组合在一起就形成了蚓孔结构。同时，力学场、渗流场和温度场又反过来影响化学场。这些场的相互耦合是一个复杂过程。但是通过 DVIB，这个复杂的三维问题可退化为一维问题，这些物理场在虚内键层面上得到了统一，使得控制方程一维化，大大简化了多场耦合分析，提高了模拟效率。诸多算例表明该方法是有效的，并用于实际工程中，取得了可喜的进展。本文对这一套理论方法原理和发展过程进行综述和评论。