|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИПМех РАН |
||
ПОРОУПРУГОПЛАСТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ СКВАЖИНЫ ПРИ МАЛЫХ И КОНЕЧНЫХ ДЕФОРМАЦИЯХ МЕТОДОМ ИЗОПАРАМЕТРИЧЕСКИХ СПЕКТРАЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ НА ГРАФИЧЕСКОМ ПРОЦЕССОРЕтезисы доклада
- Автор: Вершинин А.В.
- Сборник: Ломоносовские чтения. Научная конференция. Секция механики. 18–22 апреля 2022 года. Тезисы докладов
- Серия: Стратиграфия. Палеонтология
- Тезисы
- Год издания: 2022
- Издательство: Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова
- Местоположение издательства: Москва
- Первая страница: 45
- Последняя страница: 46
- Аннотация: Общеизвестно, что определение технологических параметров, при которых ствол скважины сохраняет свою устойчивость, и оценка рисков при бурении являются одной из важнейших задач геомеханики месторождений углеводородов. При бурении долото и буровой раствор создают давление на горную породу, тем самым деформируя ее и перераспределяя напряжения (в общем случае – наложение конечных деформаций). Это может приводить к образованию и развитию локализованных полос пластических деформаций. Для их корректного моделирования необходимо учитывать различные пороупругопластические свойства горной породы (модули упругости, коэффициент Пуассона, плотность, углы трения и дилатансии, когезия, пористость, проницаемость) и насыщающей жидкости (плотность, сжимаемость, вязкость и т. д.) и их эволюцию при развитии деформаций. Кроме того, горная порода находится в предварительно напряженном состоянии, что определяется компонентами тензора начальных напряжений, приводящего к наведенной анизотропии горных пород.Несмотря на то, что подходы к решению задачи устойчивости ствола скважины известны достаточно давно и доведены до промышленного уровня, ряд проблем по-прежнему остается нерешенным. В частности, в большинстве случаев расчет напряженно-деформированного состояния горных пород в прискважинной зоне выполняется в допущениях стационарной линейной теории упругости. Реальные горные породы характеризуются наличием пор и насыщающей их жидкости и возможностью нелинейного неупругого деформирования с накоплением пластических деформаций и их локализацией. В докладе представлены математические модели и численные алгоритмы, которые использованы для решения задачи устойчивости ствола скважины в пороупругопластической постановке. Рассмотрено обобщение классической модели Био на пороупругопластическую модель при малых и конечных деформациях с целью моделирования зарождения и эволюции полос сдвига вокруг скважины, пробуренной в предварительно напряженном теле, при создании искусственной депрессии в скважине, приводящей к изменению порового давления в окружающей горной породе, перераспределению напряжений и накоплению пластических деформаций.Математическая постановка задачи состоит из связанной системы динамических пороупругопластических уравнений в деформируемом пористом скелете и насыщающей его жидкости при малых и конечных деформациях (физически и геометрически нелинейная постановка). Метод изопараметрических спектральных элементов применяется для дискретизации системы нелинейных дифференциальных уравнений в частных производных и геометрической модели на криволинейных неструктурированных сетках высокого порядка, что позволяет высокоточно аппроксимировать криволинейную форму концентратора напряжений на относительно грубой сетке. Численный алгоритм основан на формализме Лагранжа, приводящем к интегрированию полных перемещений точек тела и накоплению пластических деформаций на каждом шаге нагружения. Полученная в результате дискретизации по пространству система нелинейных уравнений решается с использованием метода динамической релаксации и полностью явной схемы интегрирования по псевдо-времени на каждом шаге нагружения. Технология CUDA используется для распараллеливания реализованного алгоритма на массивно-параллельном графическом процессоре Tesla V100. Рассматривается алгоритм отображения неструктурированной спектрально-элементной сетки произвольного порядка на сетку блоков многоуровневой иерархии потоков графического процессора. Анализируются численные результаты решения модельных задач локализации и развития полос пластического сдвига вблизи скважины, пробуренной в пороупругопластической насыщенной жидкостью горной породе.Исследования для данной работы были проведены за счет средств гранта РНФ (проект № 19-77-10062) в части разработки математической модели и проведения численного анализа и при финансовой поддержке гранта Президента РФ для молодых ученых – докторов наук МД-208.2021.1.1 в части разработки алгоритма численной дискретизации и распараллеливания на гибридных высокопроизводительных системах.
- Добавил в систему: Вершинин Анатолий Викторович