水力壓裂模擬
關注創建者：ABAQUS油氣有限元 創建時間：2019-11-28
水力壓裂模擬的視頻教程
ABAQUS水力壓裂模擬專題-Cohesive單元和XFEM方法與技巧精講
這個專題我也講總結以往多年的水力壓裂仿真經驗，讓大家熟悉并掌握采用Cohesive單元和XFEM方法進行水力壓裂模擬的方法和技巧。 課程主要內容如下： 案例1：二維水力壓裂模擬（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。
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管流單元與水力壓裂、限流法壓裂數值模擬
講述了管流單元與連接單元的基礎理論知識； 講述了如何將管流單元應用于水力壓裂數值模擬； 講述了將管流單元應用于水力壓裂的三種主要用途：添加水頭；直井單層水力壓裂；水平井分段多簇壓裂時裂縫的競爭起裂與延伸過程的模擬。 附件為課程操作步驟以及對應的inp文件（更新了inp文件并添加了直井段的案例）。 更新了二維模型的建立過程及案例。
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水力壓裂模擬的實例教程
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。
展開 水力壓裂是低滲油氣田、煤層氣、頁巖氣開發的核心增產技術，即利用注入地下井的高壓液體壓裂巖體形成連通的滲透裂隙網絡，使油氣能夠通暢流入井中。水力壓裂已經成為頁巖氣開發的革命性增產措施，而且在地熱能開發、煤礦瓦斯抽放等領域也發揮了很大的作用。
為了達到最佳的壓裂效果，需要對水力壓裂進行優化
，使得改造體達到最佳經濟產量的要求。目前的測量技術，如微地震監測，可以對水力壓裂的效果進行監測，但這僅僅是一種后處理過程，無法進行預測和優化，因此水力壓裂數值模擬是優選儲層改造措施和優化產量的基本手段。
德國Dynardo公司開發Hydraulic Fracturing
Simulator是目前唯一可以對三維節理巖體水力壓裂過程進行仿真模擬并計算改造體，從而對水力壓裂措施和儲層產量進行優化與預測的軟件技術。
Hydraulic Fracturing SImulator
唯一基于有限元的全三維水力壓裂模擬技術
Hydraulic Fracturing Simulator水力壓裂解決方案
Hydraulic Fracturing Simulator不僅可以對水力壓裂過程進行模擬，而且針對地質參數與工程參數的不確定性，基于現場測量數據對模型參數進行反演分析，從而保證輸入參數的有效性和輸出結果的準確性，確保模型可以用于產量預測與優化。
Hydraulic Fracturing Simulator解決方案集成了如下核心技術：
1）ANSYS：世界領先的三維有限元分析軟件，可真實模擬三維地質結構及其力學行為。
2）multiPLas：基于ANSYS開發的巖土非線性本構與算法庫，實現了復雜三維節理巖體的斷裂與擴展分析。
展開 今天給大家帶來一個有關水力壓裂模擬的案例，廢話少說直接上論文：
非均質彈塑性煤體水壓致裂裂紋形態研究 - 中國知網 (cnki.net)
模擬裂紋擴展的方法有很多，但我覺得FDEM方法是模擬縫網形態的最好方法，這篇論文使用ABAQUS通過二次開發實現FDEM方法，相關方法星辰北極星大佬早就使用過了，這里我們主要解決兩個問題：
1、材料非均質性的實現方法
2、多射孔多注入點的集中流量注入實現
模擬的基本模型很簡單，辦公室的工作站只夠帶動的二維的；因為考慮了地層的非均質性，所以計算不易收斂，這個二維模型為100w自由度，40核工作站算一步10分鐘左右，單步增量時長1e-5到-7的樣子，所以還請大家斟酌后建模。具體模型如下圖：15m*15m的地層中有一簇射孔，詳細尺寸圖中已經給出啦。
這一簇射孔在際水力壓裂中是一個分隔段，我們需要將中間四個注液點耦合到一個節點上，給這個節點設置集中注液流量，被耦合的四個點根據孔隙壓力自己平衡每個點的注液流量。
展開 支持二維（三角形、四邊形單元）、三維（六面體、楔形體、四面體單元）一階實體單元之間嵌入Cohesive單元層；
嵌入方式多樣化，支持：全局單元面、全局幾何面、Set集合、手選幾何面和手選單元面五種嵌入區域；
支持零厚度和非零厚度Cohesive單元嵌入，（四面體單元除外）；
支持滲流和非滲流Cohesive單元嵌入，可實現復雜縫網壓裂模擬。
案例3.5.1
雙懸臂梁撕裂模型
通常實驗中通過該方法測試獲得材料膠結面的I型開裂斷裂參數。在本案例中，分別采用了Cohesive接觸-顯示求解、Cohesive接觸-隱式求解、以及Cohesive單元-隱式求解三種方法進行模擬，一方面可以了解不同方法如何進行模型的建立；另一方面對比不同建模方式的差異和結果的差異，讓大家有更深刻的認識。
案例3.5.2
Cohesive接觸在貨物運輸中的應用
基于Cohesive接觸的最大特征，講述了其在貨物運算中的應用，模擬吸力或點磁力的階段性存在。
案例3.5.3
基于Cohesive單元的二維水力壓裂模擬
水力壓裂模擬方法有很多，ABAQUS提供了很多實現方法，其中常用的是：基于Cohesive滲流單元的模擬方法和基于XFEM(擴展有限元)的模擬方法；本節則通過一個簡單的二維水力壓裂模擬，讓大家了解Cohesive滲流單元。后續將錄制單獨課程：ABAQUS水力壓裂模擬專題，供大家參考學習。
本案例展示了儲隔層條件下的水力壓裂模型建立過程的一些細節。
展開 蒸汽發生器分析法設計系統界面
10、專業系統-水力壓裂模擬分析系統
水力壓裂是低滲油氣田、煤層氣、頁巖氣開發的核心增產技術，為了達到最佳的壓裂效果，需要對水力壓裂進行優化 ，使得改造體達到最佳經濟產量的要求。
水力壓裂模擬系統是是目前唯一可以對三維節理巖體水力壓裂過程進行仿真模擬并計算改造體，從而對水力壓裂措施和儲層產量進行優化與預測的軟件技術。運用三維非線性有限元流固耦合算法對水力壓裂過程的瞬態滲流以及復雜節理網絡與完整巖石的斷裂擴展進行模擬，并基于實測數據（ISIP，BHP，MSE）對不確定輸入地質參數進行反演優化，保證模擬精度，可用于頁巖氣開采、煤層氣、石油開采、地熱能開發等領域，進行水力壓裂措施優化、產量預測與優化等，為綠色能源開發服務。
頁巖氣儲層改造水力壓裂模擬
11、再冷凝器與管道系統建模與分析
實現再冷凝器與復雜管道系統從一維模型到三維模型的參數化自動建模，并考慮熱工、安裝、振動、運行等載荷進行整體分析與局部細節模擬，對其剛度、強度、疲勞壽命進行校核。
再冷凝器與管道系統整體計算與局部計算
12、儲液罐實程地震分析
采用流固耦合算法計算給定儲水箱在地震在和靜力載荷綜合作用下的應力響應，用于儲水箱抗震分析和應力評定。包括液晃、液固耦合地震響應、基于RCC-M規范的應力評定。
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水力壓裂模擬的相關專題、標簽、搜索
水力壓裂模擬的最新內容
采用cohesive單元全局插入模擬裂縫擴展。儲層物性參數：彈性模量30GPa，泊松比0.25，流體比重980N/m^3，滲透系數1e-7m/s，孔隙比0.1。cohesive單元參數：彈性類型為面作用力，彈性模量30GPa，損傷準則采用最大正應力準則，抗拉強度為6MPa，抗壓和抗剪切強度為100MPa，損傷演化類型為位移，破壞位移為0.001mm，損傷穩定粘性系數為1e-5，液體泄漏頂部系數和底部系數為
100%"><jsk id="C_Play100081fcd66c71f093e56632b68f0102" videoid="100081fcd66c71f093e56632b68f0102" duration="5秒"><img src="https://img.jishulink.com/static/web/youku-case.png"></jsk></div><p>用cohesive單元法模擬三維水力壓裂過程
請問一下各位大佬，在abaqus軟件中使用XFEM方法模擬單條水力壓裂擴展，其中的壓裂液溫度能用關鍵詞進行設置嗎？我目前用的是cflow關鍵詞進行注入，請問這串關鍵詞可以加溫度嗎？
模型簡介：
考慮熱流固-損傷耦合效應，本案例建立了水力裂縫擴展模型，假設材料楊氏模量和抗拉強度滿足weibull分布，邊界施加應力條件，可運用于如下場景：
1、干熱巖儲層壓裂，流體介質可選擇水和二氧化碳，實現壓裂過程裂縫動態擴展模擬；
2、干熱巖儲層采熱開發，分析熱流固-損傷耦合效應對采熱的影響；
3、深部頁巖儲層壓裂，實現水和二氧化碳壓裂裂縫擴展模擬；
4、其他熱流固耦合問題。
部分研究結果圖
目前使用comsol實現水力壓裂的方法主要是相場法與連續介質損傷方法，相場法的實現比較復雜，不過一些學者已經把模型代碼部分開源，幫助我們學習。連續介質損傷方法發展的比較早，其中國產軟件RFPA在這方面做的比較好。目前線彈性損脆性或者軟化模型使用的比較多，對于頁巖、花崗巖水力壓裂一般使用脆性損傷模型。而對于煤這種軟巖，脆性模型有時候并不適用?；诿浩茐姆搴筌浕袨椋浕瘬p傷模型比脆性模型更適用煤。
本案例建立了一二維地層模型，如圖1所示?；诠腆w力學、稀物質傳遞、斷裂相場，相關的技術流程如圖2所示。模擬了地層壓裂產生縫隙后，在縫隙處自動注漿填充縫隙并進行擴散遷移的過程，模擬結果如圖3所示。
圖1 幾何模型
圖2 模擬過程
（1）開裂縫隙擴展的位置
（2）注漿液填充分布
這兩天接了一些水力壓裂的單子，遇到了很多問題，然后我就想著把整個制作過程記錄下來，希望可以幫到大家
下面是整個制作教程，希望得到大家的支持！
Fluid-driven transition from damage to fracture in anisotropic porous media: a multi-scale XFEM approach 論文內容100%重現
包括巷道錨桿支護模擬、初始地應力場反演技術、地面注漿/水力壓裂模擬、地下空間開挖巖層運移分析、隧道掘進圍巖力學響應分析、邊坡開挖安全性分析等超多3DEC實例分析。PFC中包含了常規/真三軸剪切試驗、不排水/循環三軸剪切模擬、離散元模擬與彈塑性本構模型等多個土體單元試驗模擬案例和活動門試驗、盾構隧道掌子面穩定性、節理巖體中的硐室開挖穩定性、二維殼結構單元耦合、孔隙介質中Darcy流模擬等多個實例。
包括巷道錨桿支護模擬、初始地應力場反演技術、地面注漿/水力壓裂模擬、地下空間開挖巖層運移分析、隧道掘進圍巖力學響應分析、邊坡開挖安全性分析等超多3DEC實例分析。PFC中包含了常規/真三軸剪切試驗、不排水/循環三軸剪切模擬、離散元模擬與彈塑性本構模型等多個土體單元試驗模擬案例和活動門試驗、盾構隧道掌子面穩定性、節理巖體中的硐室開挖穩定性、二維殼結構單元耦合、孔隙介質中Darcy流模擬等多個實例。
