壓裂的案例
李小剛，等：基于離散元法的壓裂裂縫特征研究
3 頁巖壓裂裂縫擴展影響因素研究
基于頁巖壓裂裂縫擴展數(shù)值模型，開展了16組數(shù)值模擬實驗，分析了施工排量、壓裂液黏度、層理抗拉強度和天然裂縫內聚力對壓裂裂縫形態(tài)和裂縫面積的影響。
3.1 施工排量的影響
為探究施工排量對壓裂裂縫擴展的影響，在其他模型參數(shù)不變條件下，模擬得到不同施工排量下壓裂裂縫擴展結果（圖6），并對水力裂縫與弱面相交作用結果進行統(tǒng)計，得到水力裂縫、層理和天然裂縫各自擴展面積和比例（圖7）。
低排量泵注時，水力裂縫被層理捕獲，導致縫高受抑制，裂縫發(fā)生轉向，降低了儲層縱向改造效果（圖 6a、圖 6b）。在造縫液規(guī)模相同時，施工排量增大，水力裂縫在縫高突破同時激活部分穿過的層理，裂縫形態(tài)從簡單“工”字形逐漸轉變?yōu)閺碗s“豐”字形，說明增大施工排量可以提高裂縫復雜度（圖6d）。從裂縫面積及其比例曲線圖可知（圖7），施工排量增大，水力裂縫面積和比例增大，層理面積和比例減小，天然裂縫保持穩(wěn)定。上述現(xiàn)象說明施工排量對壓裂裂縫延伸形態(tài)有重要影響，增大施工排量有助于促進水力裂縫擴展，阻止造縫液進一步激活層理，且不影響天然裂縫開啟。因此，對于層理發(fā)育頁巖儲層，采用大排量泵注是促使壓裂裂縫突破近井筒層理束縛，提升儲層改造效果的重要舉措，壓裂后水力裂縫可以得到更好延伸。
3.2 壓裂液黏度的影響
壓裂液黏度分別設置為1、5、10、15 mPa·s，其他參數(shù)保持一致，模擬結果見圖8—圖10。
展開 方案 | Hydraulic Fracturing Simulator 地下資源開采水力壓裂仿真解決
水力壓裂是低滲油氣田、煤層氣、頁巖氣開發(fā)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(wǎng)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(fā)的革命性增產措施，而且在地熱能開發(fā)、煤礦瓦斯抽放等領域也發(fā)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(yōu)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(jiān)測，可以對水力壓裂的效果進行監(jiān)測，但這僅僅是一種后處理過程，無法進行預測和優(yōu)化，因此水力壓裂數(shù)值模擬是優(yōu)選儲層改造措施和優(yōu)化產量的基本手段。
德國Dynardo公司開發(fā)Hydraulic Fracturing
Simulator是目前唯一可以對三維節(jié)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(yōu)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(shù)與工程參數(shù)的不確定性，基于現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)對模型參數(shù)進行反演分析，從而保證輸入?yún)?shù)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(yōu)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(fā)的巖土非線性本構與算法庫，實現(xiàn)了復雜三維節(jié)理巖體的斷裂與擴展分析。
展開 石英砂替代陶粒，助力川南頁巖氣壓裂工藝2.0技術，突破成本“關卡”
由于頁巖滲透率極低，需要通過壓裂形成復雜裂縫網(wǎng)絡，再將氣采出，而顯得“非同常規(guī)”。壓裂工藝的發(fā)展水平直接影響著頁巖氣的效益開采。
我國天然氣資源豐富，其中頁巖氣可采資源量達31.6萬億立方米，主要集中在川南地區(qū)，是天然氣增儲上產的重要領域。
為將資源變成產量，實現(xiàn)“能源的飯碗必須端在自己手里”，2016年年底，集團公司頁巖氣業(yè)務發(fā)展領導小組加快推進川南頁巖氣規(guī)模效益建產，2017年8月，集團公司又設立川渝頁巖氣前線指揮部，通過資源共享、技術共享、信息共享，實現(xiàn)一體化組織、一體化實施、一體化研發(fā)、一體化保障、一體化協(xié)調，形成集團公司頁巖氣業(yè)務發(fā)展領導小組決策部署、川渝頁巖氣前線指揮部統(tǒng)籌推動、油公司與工程服務公司聯(lián)動的開發(fā)模式。
針對頁巖氣壓裂存在的問題與挑戰(zhàn)，在川渝頁巖氣前線指揮部統(tǒng)一組織下，西南油氣田公司、浙江油田公司、川慶鉆探公司、中油測井公司和勘探開發(fā)研究院組成項目組，2018年至2019年，在昭通YS112H4、H5平臺、長寧H26-3井等開展了多簇射孔縮小簇間距、高強度加砂、暫堵轉向、石英砂替代陶粒壓裂工藝組合等一系列現(xiàn)場試驗和針對性理論研究，逐步形成頁巖氣壓裂基礎理論、關鍵技術和工藝體系。2019年，川渝頁巖氣前線指揮部在經過兩年多現(xiàn)場試驗的研究基礎上，總結提出“多簇射孔縮小簇間距+高強度加砂+暫堵轉向+石英砂替代陶粒”新一代壓裂工藝，簡稱壓裂工藝2.0。
“這是頁巖氣壓裂工藝的跨越式發(fā)展，有效推動了川南頁巖氣的效益開發(fā)。目前壓裂工藝2.0已推廣到頁巖油、致密氣領域，有力地推進了中國石油非常規(guī)資源的開發(fā)。”中國石油勘探與生產分公司副總經理鄭新權點贊壓裂工藝2.0。
新思路 打破困局
壓裂改造是頁巖氣開發(fā)的核心技術，改造后的裂縫形態(tài)則是壓裂效果的具體表現(xiàn)。“在我們眼里，當然希望裂縫越復雜越好。
展開 基于ABAQUS子程序UAMP編程實現(xiàn)水平井分段多簇壓裂流量動態(tài)分配
基于ABAQUS子程序UAMP編程實現(xiàn)水平井分段多簇壓裂流量動態(tài)分配.pdf
基于ABAQUS子程序UAMP編程實現(xiàn)水平井分段多簇壓裂流量動態(tài)分配
一、工程背景
隨著非常規(guī)油氣資源開發(fā)的興起，水平井分段多簇壓裂的作用愈加重要。為了實現(xiàn)致密儲集層高效開發(fā)，需采用水平井分段壓裂技術產生密集且垂直于井筒的多條橫切縫來擴大儲集層泄流面積。但生產測井數(shù)據(jù)表明，30%甚至更多的射孔簇對產量沒有貢獻。儲層的改造體積將顯著影響低滲透儲層增產效果，水平井壓裂段、簇數(shù)的不斷增加將使得油氣產量得到顯著提升。目前對水平井分段壓裂的裂縫間距及擴展規(guī)律缺乏足夠的認識，尤其缺乏對于流量動態(tài)分配的研究，這對于有效設計壓裂施工以獲得儲層最大化開采具有重要意義。
二、理論基礎
2.1流—固耦合基本方程
水力壓裂是涉及到多個物理場耦合的復雜力學問題，巖石由固體骨架和孔隙所構成，巖石的應力由巖石骨架和孔隙流體共同承擔，通過骨架傳遞的有效應力使巖石產生變形，根據(jù)Terzaghi原理定義有效應力為
根據(jù)虛功原理，壓裂儲層巖石的平衡方程為
巖石中流體流動質量守恒方程表示為
2.2裂縫起裂與擴展的損傷力學原理
采用牽引分離準則表達裂縫面的失效行為，這種行為主要包含三個過程：初始損傷、損傷演化、自由面的張開及失效。為避免單元尺寸的敏感性，損傷演化過程中采用的是力與位移的描述方式，表示為線彈性關系，如圖1所示。損傷前的本構關系為
圖1 損傷演化過程
裂縫起裂準則為最大正應力準則，此準則主要針對張拉型裂縫，當最大主應力達到許用值時，裂縫發(fā)生起裂
損傷演化準則需要引入損傷變量來進行描述裂縫表面與裂縫單元邊緣之間交點處的平均總損傷
2.3流量控制
在水平井多段壓裂過程中，壓裂液由井口注入經井筒流向各條裂縫。
展開 
頁巖巖石力學特性及可壓裂性評價 附巖石力學與工程蔡美峰下載
巖石力學強度的各向異性將導致沿不同方向進行壓裂的難易程度有所不同。
圖3 吉木爾凹陷二疊系蘆草溝組巖心抗張強度測試結果
所取試樣的抗張強度分布范圍為3.16 ～11.04MPa，受抗張強度差異的影響，相同的地應力及壓裂施工條件下，地層的起裂壓力不同，壓裂難易度也不同。
公式1~3 巖石力學參數(shù)預測模型
圖4 吉木爾凹陷J251井的主要巖石力學特性與地應力縱向分布特征
由于縱向上各巖性地層存在顯著的巖石力學與地應力差異，在該儲層中進行壓裂改造，壓裂裂縫縱向延伸將可能受到高強度、高應力隔層的阻擋，從而降低裂縫的縱向溝通能力、限制儲層壓裂改造體積，難以達到預期壓裂效果。因此，可壓裂性評價及壓裂設計時，應對壓裂縫的縱向溝通能力進行評價、認識。
公式4~9 儲層可壓裂性評價模型
圖5 吉木薩爾凹陷JHW020井各級壓裂的縫網(wǎng)長度與縫網(wǎng)高度
圖6 吉木薩爾凹陷JHW020井的縫網(wǎng)體積、微地震事件數(shù)與可壓裂性指數(shù)的關系
結果表明，本文所建立的可壓裂性指數(shù)評價模型適用于蘆草溝組頁巖油儲層，分析結果具有一定可靠性，可為地質工程“甜點”區(qū)綜合評價以及壓裂選層、水平段分段分簇等壓裂設計提供基礎參考。
下載地址:巖石力學與工程蔡美峰
展開 COMSOL水力壓裂數(shù)值仿真 ￥800
<p>水力壓裂是一項有廣泛應用前景的油氣井增產措施，<a href="https://baike.baidu.com/item/%E6%B0%B4%E5%8A%9B%E5%8E%8B%E8%A3%82%E6%B3%95/5871590" rel="noopener noreferrer" target="_blank">水力壓裂法</a>是目前開采天然氣的主要形式，要求用大量摻入化學物質的水灌入頁巖層進行液壓碎裂以釋放天然氣。水力壓裂就是利用地面<a href="https://baike.baidu.com/item/%E9%AB%98%E5%8E%8B%E6%B3%B5/523281" rel="noopener noreferrer" target="_blank">高壓泵</a>，通過井筒向油層擠注具有較高粘度的<a href="https://baike.baidu.com/item/%E5%8E%8B%E8%A3%82%E6%B6%B2/7949933" rel="noopener noreferrer" target="_blank">壓裂液</a>。當注入壓裂液的速度超過油層的吸收能力時，則在井底油層上形成很高的壓力，當這種壓力超過井底附近油層巖石的破裂壓力時，油層將被壓開并產生裂縫。這時，繼續(xù)不停地向油層擠注壓裂液，裂縫就會繼續(xù)向油層內部擴張。
展開 頁巖氣開采的大國重器：渦輪壓裂車，采用航空發(fā)動機作為動力單元！
“阿波羅”渦輪壓裂車以一套輸出功率高達5600馬力的渦輪發(fā)動機作為全車的動力單元，該發(fā)動機的重量只有700公斤，其功率密度是高功率柴油機的20倍。也就是說，在相同的額定功率下，渦輪發(fā)動機的重量只有柴油機重量的二十分之一。
“阿波羅”渦輪壓裂車的外觀可謂十分“迷你”：重量只有37噸（含2.5噸油水），長度只有10米，底盤比2000型壓裂車還要短，道路通過性和靈活性因此大幅提升，一舉解決了目前壓裂車“上牌難、上路難、上山難”的“三難”問題。
但“迷你”的外觀卻蘊涵著“阿波羅”渦輪壓裂車超強的產品性能：4500水馬力的輸出功率相當于一輛2500型壓裂車和一輛2000型常規(guī)壓裂車的總和，以構建一套36000水馬力的壓裂車組為例，僅用8臺“阿波羅”壓裂車就能實現(xiàn)18臺2000型壓裂車才能進行的大型工廠化壓裂作業(yè)。這兩個數(shù)字，意味著減少了55%的井場占地和車組人員配套，以及減少了55%的現(xiàn)場高低壓管匯工作量。
渦輪發(fā)動機具有很強的燃料兼容性，除了使用常規(guī)的柴油燃料外，井口氣、LNG、CNG，包括生物燃油都可以驅動其進行作業(yè)。據(jù)介紹，該產品具有單機功率高、性能全面提升、燃油經濟環(huán)保、啟動迅速、超長壽命以及維護保養(yǎng)操作簡單等優(yōu)勢。
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展開 ABAQUS水力壓裂模擬|XFEM和Cohesive方法-多縫、交叉縫、體積縫、轉向縫、縫間干擾
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(yè)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(fā)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 COMSOL實現(xiàn)水力壓裂過程中復雜裂縫擴展
目前使用comsol實現(xiàn)水力壓裂的方法主要是相場法與連續(xù)介質損傷方法，相場法的實現(xiàn)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(xù)介質損傷方法發(fā)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。基于煤破壞峰后軟化行為，軟化損傷模型比脆性模型更適用煤。相場法模型應用在彈性模量與強度比較低的巖石壓裂過程中，很容易出現(xiàn)模型不收斂現(xiàn)象。相場法主要用在彈模比較大的且以張拉破壞為主的巖石壓裂過程中，對于軟煤可能存在失效的問題。
RFPA比較適用于脆性巖石的壓裂或者破壞，模擬出來的效果也比較好，但是應用在煤的壓裂時，形成的裂縫很寬，并不能很好的反映壓裂效果。我目前借助使用比較多的COMSOL with Matlab平臺，初步實現(xiàn)了實驗室和現(xiàn)場中裂隙煤體中復雜裂縫擴展的模擬。模型中很大的問題，也是收斂問題，主要的參數(shù)與方程來自與公開發(fā)表的文獻。該模型使用的主要方程是線彈性軟化損傷方程與裂隙本構方程。水力裂縫與天然裂縫之間的相互作用，是模型的難點。comsol中的裂隙流模塊，可以實現(xiàn)裂隙中水流動。在5.6之前的版本中，固體力學模塊中有彈性薄層接口，這個接口可以自定義裂隙的本構方程。基于裂隙的本構模型，可以獲得裂隙表面的法向應力與剪切應力，從而實現(xiàn)裂隙的閉合與張開，具體方程可以參考Qinghua Lei在IJRMMS上發(fā)表的論文。使用零厚度的線段或者平面來代替裂隙，煤巖的損傷主要發(fā)生在基質中，天然裂隙或其他節(jié)理不會出現(xiàn)損傷。使用矩形或者很薄的長方體表征裂隙，可以設置裂隙的強度參數(shù)和根據(jù)破壞準則判斷破壞類型。不過，使用成百上千的矩形或者長方體的話，網(wǎng)格單元數(shù)量比較多，對計算機配置有較高的要求。
展開 當CO?變成‘數(shù)字流體’：相場法解鎖壓裂仿真新維度
<p><strong style="background-color: rgba(0, 0, 0, 0);">【引言】</strong></p><p>在頁巖油開采的競技場上，水力壓裂技術曾被譽為“解鎖地下黑金的鑰匙”，但隨之而來的水資源消耗、化學污染和低效裂縫預測等問題，正讓這把鑰匙逐漸生銹。當全球能源行業(yè)將目光投向更清潔的超臨界CO?壓裂技術時，一個更棘手的難題浮出水面：如何馴服這種介于氣液之間的“暴躁流體”，精準預判它在千米地層下的裂巖軌跡？</p><p>傳統(tǒng)實驗手段如同“盲人摸象”——物理模擬成本高昂，現(xiàn)場試錯風險巨大，而經典數(shù)值模型又難以刻畫CO?與頁巖間復雜的相變交互。直到相場法（Phase-Field Method）的出現(xiàn)，這場博弈迎來了轉機。這項起源于材料科學的數(shù)學工具，正將超臨界CO?轉化為可被方程描述的“數(shù)字流體”，在虛擬空間中重構裂縫生長的每一個細節(jié)：從CO?分子穿透巖石孔隙的微觀動力學，到宏觀裂縫網(wǎng)絡的混沌分形演化，原本不可見的流體暴力被解構成萬億次計算的優(yōu)雅舞蹈。</p><p>當算法的精度突破物理實驗的邊界，頁巖壓裂正在從“經驗驅動”邁向“預測驅動”的新紀元。這場由相場法引領的仿真革命，或將重新定義非常規(guī)油氣開采的底層邏輯——用數(shù)字孿生代替盲目試錯，用計算預見性取代經驗不確定性。而我們，正站在這場技術范式轉移的臨界點上。
展開 Comsol-深部、干熱巖儲層水力壓裂熱流固-損傷耦合模型 ￥300
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(xiàn)壓裂過程裂縫動態(tài)擴展模擬；
2、干熱巖儲層采熱開發(fā)，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(xiàn)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：
初始楊氏模量分布
損傷分布
壓力分布
溫度分布
參考文獻：
[1] Wei Zhang, Tian-kui Guo, Zhan-qing Qu, et al. Research of fracture initiation and propagation in HDR fracturing under thermal stress from meso-damage perspective. Energy, 2019, 178, 508-521
[2] Lin Wu, Zhengmeng Hou, Yachen Xie, et al. Fracture initiation and propagation of supercritical carbon dioxide fracturing in calcite-rich shale: A coupled thermal-hydraulic-mechanical-chemical simulation.
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相場法與水力壓裂-文獻和comsol案例 ￥88
相場法與水力壓裂的相關文獻和comsol軟件案例，comsol版本為5.5，低版本無法打開
案例1 單一裂縫延伸
模型尺寸30m×15m
案例2 兩簇壓裂
兩簇裂縫排量相同，不考慮流量在裂縫間的動態(tài)分配
模型尺寸30m×30m
案例3 三簇壓裂-對稱
三簇裂縫排量相同，不考慮流量在裂縫間的動態(tài)分配
模型尺寸60m×15m
案例4 三簇壓裂-完全
三簇裂縫排量相同，不考慮流量在裂縫間的動態(tài)分配
模型尺寸30m×30m
案例5 水力裂縫與垂直天然裂縫相交
案例6 水力裂縫與傾斜裂縫相交
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ABAQUS幫助中關于水力壓裂例子的講解PPT
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在abaqus中XFEM水力壓裂壓裂液的溫度是否可以設定？
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？
巖石內部水力壓裂破壞失效仿真分析
1背景與目的
我們知道cohesive單元常常被用來模擬裂紋損傷，在巖石內部壓裂的仿真中同樣如此，通過cohesive單元嵌入、定義失效準則可以很好地再現(xiàn)裂紋損傷現(xiàn)象，相對于試驗，這是仿真無與倫比的巨大優(yōu)勢。本文通過ABAQUS分析技術，應用cohesive單元來模擬水力裂縫的現(xiàn)象。
2問題描述
模型為水力壓裂施工的目標地層，地層深度為2000m，壓裂目標層厚度10m，上下層厚度均為20m，巖土層參數(shù)和地應力條件見表1所示，施工采用的壓裂液黏度為1，施工為定排量施工，注液峰值為0.6m3/min，注入總時長300s，其中前30s為注液提速階段，注入點位于目標層中點。
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