ABAQUS水力壓裂模擬|XFEM和Cohesive方法

by 星辰北極星

關鍵字：單縫、多縫、交叉縫、體積縫、轉向縫、縫間干擾、儲隔層

    水力壓裂，對于石油工程的朋友并不陌生，它是石油開采和增產的重要手段；也廣泛應用于地熱開采、地基處理等領域。由于畢業于石油大學，所以有很多機會接觸這方面的問題，也關注著ABAQUS在壓裂領域的應用。這個專題將分享自己在水力壓裂仿真中的一些積累，希望大家喜歡。

【主要內容】

一、課程概述

 二、仿真要點介紹

2.1 ABAQUS水力壓裂模擬常用仿真方法

2.2 地應力平衡分析（Geostatic）

2.3 滲流-位移耦合分析（Soils）

2.4 材料與單位制講解

2.5 特殊的輸出需求與定義

2.6 交叉裂縫處理

三、實例講解

3.1 基于Cohesive單元的二維水力壓裂模擬

3.2 基于Cohesive單元的三維水力壓裂模擬

3.3 水力裂縫與天然裂縫相交模擬-Cohesive單元法

3.4 裂縫發育地層的水力壓裂模擬-Cohesive單元法

3.5 基于XFEM的水力裂縫轉向模擬

3.6 基于XFEM的水平井多段壓裂裂縫的縫間干擾問題研究

視頻地址：https://i.xue.taobao.com/detail.htm?spm=a2174.7765247.0.0.OHNzvF&courseId=89321

【二維水力壓裂模擬（Cohesive）】

 通過這個簡單的案例講述采用Cohesive單元模擬水力壓裂的基本技巧，讓大家掌握注液、停泵憋壓等基本設置，以及前后處理的一些技巧。

【三維水力壓裂模擬（Cohesive）】

 三維模型計算量較大，但可以模擬儲隔層壓裂過程中，水力裂縫限制在儲層中擴展的形態，當然，下圖中的裂縫形態主要受儲隔層的材料性質和地應力狀態影響；不合適的地層條件將導致水力裂縫竄層現象的發生。

【水力裂縫與天然裂縫相交模擬】

 本例中采用Cohesive單元模擬水力裂縫交叉，并可通過該模型分析不同地應力情況下水力裂縫遇到天然裂縫后的擴展軌跡。應力差較小時，易促使天然裂縫張開；應力差較大時，水力裂縫可穿過天然裂縫。

【裂縫發育地層的水力壓裂模擬】

 在前面三個案例的基礎上，進行裂縫發育地層條件下的復雜縫網模擬，可以形成體積縫網的壓裂效果；仿真的難點在于全局嵌入零厚度Cohesive單元層，本例采用POLARIS_InsertCohElem插件實現。這個效果圖是不是可以給您提供無限的遐想空間？

【水力裂縫轉向模擬（XFEM）】

 擴展有限元方法（XFEM）進行水力壓裂模擬的最大優勢在于：可以用于預測裂縫轉向的軌跡。不依賴于網格邊界的裂縫，得到的裂縫擴展形態也更加逼真。

【多段壓裂縫間干擾問題】

 目前配合水平井開采石油天然氣的重要技術就是分段壓裂，而不同壓裂縫之間的干擾問題直接影響壓裂設計方案，甚至井眼軌跡的設計；如下圖所示，第一段壓裂縫是上下對稱的，而后續壓裂縫的一端受到抑制，無法形成對稱縫網。