水力壓裂仿真的案例
ABAQUS水力壓裂模擬|XFEM和Cohesive方法-多縫、交叉縫、體積縫、轉(zhuǎn)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(guān)鍵字：單縫、多縫、交叉縫、體積縫、轉(zhuǎn)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(chǎn)的重要手段；也廣泛應(yīng)用于地?zé)衢_采、地基處理等領(lǐng)域。由于畢業(yè)于石油大學(xué)，所以有很多機會接觸這方面的問題，也關(guān)注著ABAQUS在壓裂領(lǐng)域的應(yīng)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(nèi)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(yīng)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(zhuǎn)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(shè)置，以及前后處理的一些技巧。
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(chǎn)技術(shù)，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(luò)，使油氣能夠通暢流入井中。水力壓裂已經(jīng)成為頁巖氣開發(fā)的革命性增產(chǎn)措施，而且在地?zé)崮荛_發(fā)、煤礦瓦斯抽放等領(lǐng)域也發(fā)揮了很大的作用。
為了達(dá)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(dá)到最佳經(jīng)濟產(chǎn)量的要求。目前的測量技術(shù)，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(yù)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(chǎn)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(chǎn)量進行優(yōu)化與預(yù)測的軟件技術(shù)。
Hydraulic Fracturing SImulator
唯一基于有限元的全三維水力壓裂模擬技術(shù)
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(zhì)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(jié)果的準(zhǔn)確性，確保模型可以用于產(chǎn)量預(yù)測與優(yōu)化。
Hydraulic Fracturing Simulator解決方案集成了如下核心技術(shù)：
1）ANSYS：世界領(lǐng)先的三維有限元分析軟件，可真實模擬三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)及其力學(xué)行為。
2）multiPLas：基于ANSYS開發(fā)的巖土非線性本構(gòu)與算法庫，實現(xiàn)了復(fù)雜三維節(jié)理巖體的斷裂與擴展分析。
展開 COMSOL水力壓裂數(shù)值仿真 ￥800
最后，注入的高粘度壓裂液會自動降解排出井筒之外，在油層中留下一條或多條長、寬、高不等的裂縫，使油層與井筒之間建立起一條新的流體通道。壓裂之后，油氣井的產(chǎn)量一般會大幅度增長。</p><p>本篇文檔基于COMSOL軟件仿真了高壓水流壓裂巖石的過程，效果展示如下：</p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/202108/63a278580517481a962c84f31da3a5a9.gif" alt="Untitled.gif"></p><p>如想詳細(xì)了解仿真過程，可下載模型源文件進行查看，歡迎加Q：172497934進行交流！</p><p><br></p>
展開 巖石內(nèi)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(nèi)部壓裂的仿真中同樣如此，通過cohesive單元嵌入、定義失效準(zhǔn)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(shù)，應(yīng)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(biāo)地層，地層深度為2000m，壓裂目標(biāo)層厚度10m，上下層厚度均為20m，巖土層參數(shù)和地應(yīng)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(biāo)層中點。
展開 
在abaqus中XFEM水力壓裂壓裂液的溫度是否可以設(shè)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(guān)鍵詞進行設(shè)置嗎？我目前用的是cflow關(guān)鍵詞進行注入，請問這串關(guān)鍵詞可以加溫度嗎？
瑪湖油田巖石水力壓裂模擬
必須基于對地下儲層的精細(xì)認(rèn)識，找到有針對性的開發(fā)技術(shù)路線：水力壓裂。
二、 Cohesive element原理
ABAQUSd提供一種粘結(jié)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(jié)材料尺寸和強度都小于粘結(jié)部分（比如多層復(fù)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(zhì)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(yīng)變，但并不能產(chǎn)生任何應(yīng)力，因此，cohesive element 只能支持垂直于上下表面的牽引-分離破壞準(zhǔn)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(yīng)用于水力壓裂技術(shù)。其計算流程如下：
1.對預(yù)知的裂縫路徑（區(qū)域）進行細(xì)化分割。
2.在mesh的時候在裂縫區(qū)域賦予cohesive element。
3.設(shè)置合適的斷裂準(zhǔn)則（Traction-separation laws）。
4.在輸出中設(shè)置不顯示破壞的單元。
5.加載，后處理。
三、模型設(shè)置
首先用python全局隨機設(shè)置隨機大小、形狀、性質(zhì)的礫石；其次，采用插件全局插入內(nèi)聚力單元；最后設(shè)置網(wǎng)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(jié)論：
1. 總體上，裂縫沿最大主應(yīng)力方向擴展；
2. 裂縫擴展方式與礫石的角度有關(guān)系；
3. 裂縫擴展擴展與礫石力學(xué)性質(zhì)有關(guān)。
展開 有償調(diào)試xfem二維巖石水力壓裂
巖石兩端加穩(wěn)定滲透壓差
水力壓裂裂縫三維擴展ABAQUS數(shù)值模擬研究
水力壓裂裂縫三維擴展ABAQUS數(shù)值模擬研究
水力壓裂對套管和水泥環(huán)的影響分析
得到應(yīng)力云圖如下：套管最大應(yīng)力值為469MPa，低于N80套管552MPa的屈服強度，產(chǎn)生的形變對水泥環(huán)的影響較小，普通壓裂井設(shè)計N80鋼級套管滿足開發(fā)需求。
abaqus水力壓裂加滲透壓怎么實現(xiàn)
請教大佬，有人知道有的文獻(xiàn)里面提到在abaqus里面加水壓滲透壓裂，這個是怎么實現(xiàn)的呀？水壓怎么加呢？xfem不是只能加排量嗎？
Abaqus水力壓裂包會教程 ￥30
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！
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(yīng)，本案例建立了水力裂縫擴展模型，假設(shè)材料楊氏模量和抗拉強度滿足weibull分布，邊界施加應(yīng)力條件，可運用于如下場景：
1、干熱巖儲層壓裂，流體介質(zhì)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(yīng)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(jié)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(xiàn)：
[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.
展開 ABAQUS中非均質(zhì)煤巖體的水力壓裂模擬 ￥80
今天給大家?guī)硪粋€有關(guān)水力壓裂模擬的案例，廢話少說直接上論文：
非均質(zhì)彈塑性煤體水壓致裂裂紋形態(tài)研究 - 中國知網(wǎng) (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(wǎng)形態(tài)的最好方法，這篇論文使用ABAQUS通過二次開發(fā)實現(xiàn)FDEM方法，相關(guān)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(zhì)性的實現(xiàn)方法
2、多射孔多注入點的集中流量注入實現(xiàn)
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(zhì)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(xì)尺寸圖中已經(jīng)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(jié)點上，給這個節(jié)點設(shè)置集中注液流量，被耦合的四個點根據(jù)孔隙壓力自己平衡每個點的注液流量。
展開 ABAQUS幫助中關(guān)于水力壓裂例子的講解PPT
希望對研究水力壓裂以及相關(guān)領(lǐng)域的朋友有所幫助
ABAQUS幫助中關(guān)于水力壓裂例子的講解PPT 1.rar
ABAQUS幫助中關(guān)于水力壓裂例子的講解PPT 2.rar
COMSOL實現(xiàn)水力壓裂過程中復(fù)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(zhì)損傷方法，相場法的實現(xiàn)比較復(fù)雜，不過一些學(xué)者已經(jīng)把模型代碼部分開源，幫助我們學(xué)習(xí)。連續(xù)介質(zhì)損傷方法發(fā)展的比較早，其中國產(chǎn)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(yīng)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(yīng)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(fù)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(xiàn)。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(gòu)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(xué)模塊中有彈性薄層接口，這個接口可以自定義裂隙的本構(gòu)方程。基于裂隙的本構(gòu)模型，可以獲得裂隙表面的法向應(yīng)力與剪切應(yīng)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(zhì)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(shè)置裂隙的強度參數(shù)和根據(jù)破壞準(zhǔn)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。
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