基于COMSOL二次开发的流-固全耦合裂缝扩展数值模拟方法

来源：计算力学学报杂志2025年第6期北京时间：

作者：韦世明,考佳玮,金衍,张亚洲,徐丹

单位：中国石油大学(北京) 理学院, 北京 102249,中国石油大学(北京) 石工学院, 北京 102249,中国石油大学(北京) 石工学院, 北京 102249

摘要：基于非连续离散裂缝数值方法,采用MATLAB对COMSOL进行二次开发,实现了流-固全耦合条件下的水力压裂数值模拟。二次开发过程采用COMSOL的固体力学与达西定律模块进行流-固全耦合条件下的应力场和压力场求解,采用MATLAB调用应力场和压力场,进行裂缝扩展判定,通过网格的动态修改控制裂缝扩展,从而实现流-固全耦合条件下的裂缝扩展模拟。结果表明,基于COMSOL二次开发的水力压裂模型能够很好地模拟不同类型储层的水力压裂过程,包括裂缝性储层和缝洞性储层。通过实验验证发现,本文提出的流-固全耦合水力压裂模型能够准确表征水力裂缝的扩展,及水力裂缝与天然裂缝、洞体的力学相互作用行为。本文基于COMSOL二次开发的裂缝扩展模拟方法的功能拓展性较好,后期方便耦合温度场、化学场,可应用于更多水力压裂场景,有助于开展多场耦合条件下的水力压裂问题研究。

关键词：COMSOL,二次开发,流-固全耦合,裂缝扩展,

基金资助：国家自然科学基金青年项目(42407252);国家自然科学基金重点项目(52334001);中国石油大学(北京)拔尖人才科研启动基金(2462023BJRC007)资助项目.