ANSYS软件在求解地应力与流体耦合作用中的应用

APPLICATION OF THE ANSYS SOFTWARE TO SOLVING COUPLING OF IN-SITU STRESS AND FLUID

Institute of Geomechanics, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100081, China

摘要: 地应力与流体的耦合作用是近年来研究的热点, 是工程和地质研究中经常遇到的重要课题.因此, 寻找简便的求解流固耦合的方法具有重要的意义.本文根据流固耦合方程和热传导方程的对应关系, 找出了在一定边界条件下, 可用ANsYS中的结构力学模块和热传导模块求解流固耦合方程的简便方法.并将该方法所得结果与理论解和实际结果进行了对比, 结果显示他们具有很好的一致性, 说明简便方法是可行的.
- 地应力 /
- ANSYS软件 /
- 流固耦合 /
- Biot方程
Abstract: The coupling of the in-situ stress and fluid is the research focus in recent years and also an important subject in research on rock and soil engineering and geology.So it has prominent significance to find out a simple method to solve the stress-fluid coupling equation.In this paper, a simple method of solving the stress-fluid coupling equation at certain boundary conditions is proposed based on the corresponding relation of the seepage equation of stress-fluid coupling and heat conduction equation and using the structural mechanical module and heat conduction module in the ANSYS software.The results obtained from the method are in good agreement with the theoretical solution and actual outcomes.
- in-situ stress /
- ANSYS software /
- solid-fluid coupling /
- Biot equation

图 1 三维计算模型

Figure 1. 3D model for calculation

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图 2 二维模型边界条件

a.左、右边界x方向约束, 底边界z方向约束; b.左边界x方向约束; 底边界z方向约束

Figure 2. Boundary conditions of a 2D model

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图 3 一维固结模型

Figure 3. 1D consolidation model

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图 4 底部z =10米处孔隙压力随时间的变化

Figure 4. Variation of pore pressures at bottom (z =10m) with time

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图 5 20天时孔隙压力和有效应力的分布

Figure 5. Pore pressures and effective stresses in 20 days

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图 6 井底压力下降曲线和停产后井底压力恢复曲线

Figure 6. Bottom-hole pressure decline curve during oil extraction and bottom-hole build-up curve after oil production stop

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表 1 三维模型边界条件

Table 1. Boundary conditions of the 3D model

表 2 三维模型不同边界条件的计算结果

Table 2. Results of calculation of the 3D model for different boundary conditions

表 3 二维模型不同边界条件的计算结果

Table 3. Results of the 2D model for different boundary conditions

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