一、    背景概況

瑪湖10億噸級特大油田是近年來我國最大的油氣勘探成果，成為當前國內最現實的增儲上產接替區。根據中國石油新疆油田公司規劃，2019至2025年瑪湖油田將年均新建產能165萬噸，2026至2030年年均新建產能110萬噸，2025年瑪湖油田年產量將達到500萬噸，并穩產6年。

但在在物性上，砂巖細小，礫巖粗大。這種巖性差別決定了常規砂巖油藏開發技術用于礫巖，效果不理想。更何況，瑪湖凹陷區含油層埋深較大，物性變差，孔隙度一般小于12%，滲透率小于5毫達西，加上大小礫巖混雜，非均質性極強。必須基于對地下儲層的精細認識，找到有針對性的開發技術路線：水力壓裂。

二、    Cohesive element原理

ABAQUSd提供一種粘結單元（cohesive element），用以模擬兩個部分之間的粘性連接，一般來說，它要求粘結材料尺寸和強度都小于粘結部分（比如多層復合材料的膠粘層），進而可以利用cohesive element模擬材料的斷裂。從本質上講，利用cohesive element模擬材料的斷裂其實是單元刪除方法的一種。

Cohesive element的中面雖然能夠承受拉伸和剪切的應變，但并不能產生任何應力，因此，cohesive element 只能支持垂直于上下表面的牽引-分離破壞準則（Traction-separation laws）。

 

圖1  黏聚力模型示意圖

 

圖2  雙線性型黏聚力模型

 

ABAQUS中的Cohesive element 方法可應用于水力壓裂技術。其計算流程如下：

1.對預知的裂縫路徑（區域）進行細化分割。

2.在mesh的時候在裂縫區域賦予cohesive element。

3.設置合適的斷裂準則（Traction-separation laws）。

4.在輸出中設置不顯示破壞的單元。

5.加載，后處理。

 

三、模型設置

首先用python全局隨機設置隨機大小、形狀、性質的礫石；其次，采用插件全局插入內聚力單元；最后設置網格、增量步、時間、提交job。

 

圖3  裂縫穿過礫石

 

圖4  裂縫沿礫石表面擴展

 

圖5  裂縫穿過大礫石擴展

五、結論：

1.  總體上，裂縫沿最大主應力方向擴展；

2.  裂縫擴展方式與礫石的角度有關系；

3.  裂縫擴展擴展與礫石力學性質有關。

 

參考文獻：

[1] li Xuejiao A hybrid experimental and numerical technique to extract cohesive fracture properties for mode-I fracture of quasi-brittle materials.

[2] 瑪湖油田12.4億噸儲量遭質疑 中國石油新疆油田回應．中新網.

[3] ABAQUS官方指導手冊.