COMSOL井筒井壁模型匯總
很久沒有發帖了，在此給大家拜個晚年，今天的帖子是井筒井壁模型的一個匯總，其中， 8-12模型，我也沒有，只是展示一下。1和2模型，我還在洽談采購中，希望能給大家一點幫助。世間資源太分散，我也無力得到所有模型，也買不起那么多，我自己，早就破產過無數回，現在窮的叮當響，我都已經花了10萬多了。資源整合這件事不好干，大自然的搬運工，說起來很美好，但是做起來很難。只是希望大家不要討厭我，就行了。
1、COMSOL井壁周圍環向應力與徑向應力
2021年12月17日927
本案例考察不同地應力下井壁周圍環向應力與徑向應力分布，同時考慮孔隙水壓對圍巖應力分布影響。comsol后處理中并不能直接得到環向應力與徑向應力，需要通過x、y方向應力轉化得到。具體結果如下，從圖中可以看到不同的水平、垂直地應力大小，會產生不同的應力分布。在井壁周圍，徑向應力最小，環向應力與von Mises屈服應力最大。此案例僅考慮水壓對應力影響，后續還可以考慮溫度、損傷對其影響。
2、COMSOL模擬流固耦合井筒周圍應力分布
此案列介紹在井筒壁周圍施加徑向荷載(孔壓和地應力），分析其徑向應力、環向應力以及孔壓變化，附有詳細的建模說明書，有需要的請聯系我。
3、利用COMSOL進行直井井眼圍巖應力分析
鉆井過程中的井壁失穩是一個普遍性難題，特別是在新地區的勘探井、深井和超深井中，常常由于無法掌握井下地層的組成與特性,鉆井、鉆井液技術與地層不匹配，造成井眼嚴重失穩，從而導致卡鉆、劃眼，泥包鉆頭等各種復雜事故，甚至使油井報廢。
從巖石力學的觀點研究鉆井過程中的井壁穩定，利用已測室內試驗得到的巖石力學參數，在COMSOL有限元數值模擬軟件基礎上建立井壁模型，揭示鉆井過程井眼圍巖應力分布，為防止井壁失穩提供依據和指導。
物理模型：
由于井眼直徑遠小于井深,故可把直井井眼模型簡化為平面應變模型。圖1是直井井眼力學模型,把地層看作線彈性體,在x方向無限遠處作用有最大水平地應力,在y方向無限遠處作用有最小水平地應力,在井眼內部作用有鉆井液的液柱壓力,地層內部作用有地層孔隙壓力。
4、井壁應力數值模擬模型
(1)井斜角和方位角進行參數化計算。在建模中，定義了井筒的井斜角和方位角
(2)變量定義了崩塌壓力，也可以進行參數化計算
(3)采用固體力學模塊用來描述巖體受到外荷載作用下的應力變化,固體力學模塊和達西滲透模塊進行耦合，即可對多孔彈性介質問題進行求解。
(4)針對井斜角和方位角進行了掃描，注意井斜角的范圍是0-90度，方位角的范圍是0-360度。
5、油藏水平井
本例對具有兩個水平井的油藏進行建模。油藏包含兩個相：水和油。我們通過底部井注入水來回收油，從而計算出產油率和水油比隨時間的變化。
6、分支井的破壞
分支井指從單井分出多個分支的井，由于分支井可以開采多個生產層并繞過不滲透的生產層，因此可以有效地生產石油。遺憾的是，鉆井工程技術人員通常必須采用機械方法來穩定帶有襯管或套管的分支井，這可能要花費數百萬美元。井眼上不使用套管可以降低建造成本，但是在安裝期間及抽水開始后，井眼發生災難性故障的風險相對較高。
多孔彈性仿真計算與抽水相關的三維壓實，其中通過利用達西定律獲取地下流體流動，并將其與通過應力-應變分析得到的結構位移相耦合。此模型著重分析了抽水開始后流體壓力變化引起的彈性位移。
7、射孔完井
描述流體如何流入繞井眼定向的小孔的能力成為人們頻繁分析的主題。由于射孔是獨立的穿孔，不是環形，因此流場不適合采用軸對稱分析，而需要采用全三維仿真。
此 App 支持針對不同的井、儲層和流體屬性模擬流入射孔井眼的達西流，從而預測每個射孔處的流體攝入量，可分析包含不同屬性的儲層中開有多達 10 個不同尺寸射孔的井。此 App 計算每個射孔的抽運率，并將儲層中的流場以及井上的壓力分布可視化。
8、應用comsol分析水力壓裂對井眼附近應力場的影響
在各種應力作用下，井眼圍巖會發生應力集中現象，也會發生一定規律下的壓縮和拉伸。具體分析了巖石彈性模量、地應力和井眼液柱壓力對應力場的影響。
算例參數的取值 各參數對井眼應力場的影響3D圖如下。 圖1 井眼應力場變化的3D圖 圖2 井眼應力場變化的切片圖 （1）彈性模量 彈性模量對井眼應力場的影響可以用下圖表示。 圖3 彈性模量和井眼應力關系曲線 由圖可知，彈性模量對近井區域的應力場分布狀態沒有影響，近井區域應力集中值的大小是由地應力、孔隙壓力和液柱壓力等參數確定；但是彈性模量會影響巖石材料何時何大發生屈服。隨著彈性模量的增大，巖石材料的屈服值呈現逐漸增大的趨勢。 （2）最小水平應力 最小水平應力對井眼應力的影響可以用下圖表示。 圖4 最小水平應力和井眼應力關系曲線 由圖可知，隨著最小水平應力的增大，井眼應力呈現逐漸增大的趨勢，但井眼應力場分布特征變化不大，井眼應力場分布逐漸呈現軸對稱。 （3）液柱壓力 液柱壓力對井眼應力的影響可以用下圖表示。 圖5 液柱壓力和井眼應力關系曲線 由圖可知，隨著液柱壓力的增大，井眼應力呈現逐漸減小的趨勢，井眼形狀逐漸變成圓形，當液柱壓力和最大水平應力一致時，內外壓力平衡。 9、應用COMSOLMultiphysics分析多分支縫初始裂縫起裂點 根據近井區域壓裂井眼的有限元模擬結果，可以確定初始裂縫的起裂點。由軟件輸出的馮-米塞斯應力圖，可確定應力圖中只存在一個對稱的應力集中區，如下圖所示。由圖可知，隨著液柱壓力的增大，近井區域在X軸的井眼發生一對應力集中。這一對應力集中區是在壓裂過程中，裂縫最容易起裂和延伸的部位。該起裂點稱為起裂點1A。具體如圖所示。 圖1 幾何模型 圖2 應力場分布云圖 對于水力壓裂過程中，形成垂直最小水平主應力的壓裂裂縫，是水力壓裂的經典結論。 10、應用COMSOLMultiphysics分析多分支縫第二條裂縫起裂點 隨著生產的進行，初次壓裂裂縫逐漸閉合，為了進一步提高油氣采收率，油田實施重復壓裂措施。建立存在垂直于最小水平主應力方向裂縫的單縫重復壓裂模型，裂縫長度為1m，裂縫寬度為0.005m，根據全尺寸單縫壓裂和近井區域單縫壓裂的有限元模擬結果，可以確定第二條裂縫的起裂點。根據軟件輸出的馮-米塞斯應力圖，可確定應力圖中有三個對稱的應力集中區，如下圖所示。 隨著液柱壓力的增大，近井區域在壓裂縫尖端、壓裂縫體和井眼上發生三個應力集中。這三個應力集中區是在壓裂過程中，裂縫最容易起裂和延伸的部位。三個起裂點分別定義為2A、2B、2C。 對于水力壓裂過程中，壓裂裂縫尖端的應力集中對裂縫繼續向前擴展是必須的，否則壓裂縫將不會向前延伸，即起裂點2C優先。在壓裂縫全堵和局部半堵時，端部的應力集中是不存在，即起裂點2C不存在。這種應力集中被裂縫形態、支撐劑和暫堵劑消除。此時井眼上的起裂點2A和裂縫中部的起裂點2B的應力集中成為裂縫起裂和延伸的可能。此時在井眼和裂縫中部起裂的新裂縫，傾向于垂直最大水平主應力，且新裂縫與原壓裂縫垂直，具體如圖所示。 11、應用comsol分析多分支縫壓裂應力分布 正常生產井開采時孔眼處一定存在流體從地層中流出，因此只考慮地應力分析的孔眼應力是不符合實際的，應該考慮流固耦合。固體位移對滲流場有影響，同時滲流場變化又對固體位移產生影響，相互交叉，相互影響。水力壓裂過程也是一個流固耦合作用過程。根據力學模型，應用Comsol軟件完成該問題的數值模擬，選擇多孔彈性物理場（即流固耦合場）、以致密砂巖儲層為例。 根據研究問題的力學模型，建立相應的有限元數值模擬模型，具體如下。 圖1 存在裂縫情況下幾何模型 對模型進行有限元網格劃分，具體如圖。 圖2存裂縫模型網格劃分 采用流固耦合穩態求解器對上述問題進行求解。從井眼的位移場、孔隙壓力和應力場三個方面來分析求解數據，最終實現問題的分析和解決。 圖3 井眼應力場變化的3D圖 在各種應力作用下，井眼圍巖會發生應力集中現象，也會發生一定規律下的壓縮和拉伸。最小水平應力對裂縫附近應力分布影響如下圖所示。 圖4 最小水平應力和井眼應力關系曲線 由圖可知，隨著最小水平應力的增大，井眼應力呈現逐漸增大的趨勢，但井眼應力場分布特征變化不大，井眼應力場分布逐漸呈現軸對稱。 12、應用COMSOL模擬水力壓裂應力分布 假設條件包括：目的層無限大，遠場地應力均勻分布，巖石為均質的彈性體，沒有天然裂縫分布等。通過對研究目的和研究內容的分析，建立壓裂井眼的力學模型，如圖1所示。 根據力學模型，應用Comsol軟件完成該問題的數值模擬，選擇多孔彈性物理場（即流固耦合場）、以致密砂巖儲層為例。有限元模擬分析分為前處理，求解，后處理三個部分，如圖2所示。 根據研究問題的力學模型，建立相應的有限元數值模擬模型。為了抵消加載邊界效應對計算結果的影響，采用雙體耦合技術，具體圖2。對模型進行有限元網格劃分，具體如圖3。 采用流固耦合穩態求解器對上述問題進行求解。從井眼的位移場、孔隙壓力和應力場三個方面來分析求解數據，最終實現問題的分析和解決。 各參數對井眼應力場的影響3D圖如下。由圖可知，在井眼附近形成對稱的應力集中，應力集中點為最大主應力方向，說明水力壓裂裂縫的將沿最大主應力開啟及擴展，通過采用參數化掃描技術，可以開展近井區域井壁受力分析，進一步分析水力裂縫起裂的影響因素。 |
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