水平井的案例
基于ABAQUS子程序UAMP編程實現水平井分段多簇壓裂流量動態分配
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基于ABAQUS子程序UAMP編程實現水平井分段多簇壓裂流量動態分配
一、工程背景
隨著非常規油氣資源開發的興起，水平井分段多簇壓裂的作用愈加重要。為了實現致密儲集層高效開發，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。但生產測井數據表明，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律缺乏足夠的認識，尤其缺乏對于流量動態分配的研究，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Terzaghi原理定義有效應力為
根據虛功原理，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 我國海上最深最長高溫高壓水平井誕生
近日，中國海洋石油集團有限公司湛江分公司（簡稱有限湛江）在南海西部海域成功實施一口超深超長高溫高壓水平井，開井放噴獲高產氣流。該井井深超4000米、水平段423米，創我國海上高溫高壓水平井井深和水平段長度兩項紀錄。它的成功實施，對提升高溫高壓油氣田開發產能與效益具有重要意義。
注：圖片來自網絡
該井是南海西部東方13-2氣田群開發項目的一口開發井。這個項目是集團公司近年在南海西部重點實施的項目之一，包括新的高溫高壓氣田東方13-2的開發和我國海上最大自營在生產氣田東方1-1二期調整。項目中的東方13-2氣田，2012年勘探發現，儲量極其可觀，但因儲層高溫高壓，且埋藏較深，開發技術難度大、成本高。對此，有限湛江一方面不斷優化開發方案，降低開發成本，另一方面不斷強化科研攻關，向新技術、新工藝要效益。
實施長水平井，能最大限度穿越氣層，提升產能。但因長水平井水平段很長，且穿越氣層高溫高壓，再加上東方13-2-A1H井井深較深、井斜大，因此鉆井難度很大。針對難題，有限湛江歷時2年精心籌備，其間反復論證和比選鉆完井方案，并聯合高校開展專項技術研究，形成表層預斜與鄰井防碰繞障技術等一系列新技術、新工藝，并在該井作業中成功應用。其中，應用的新型抗高溫油基鉆井液體系、可實施遠程開關的地層隔離閥等，在國內屬首次應用。
展開 近年最具影響力的15項油氣勘探開發技術（之二）
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“長水平井+超級壓裂”
技術
“長水平井+超級壓裂”技術是在傳統水平井分段壓裂技術的基礎上進行了重大改進和創新，進一步延長了水平井段的長度，并采用更高強度的壓裂技術，以實現更高的產量和更低的操作成本。這項技術能夠顯著提升單井的日產量和單井的經濟可采儲量（EUR）。通過延長水平井段的長度，有效地增加了井筒與油藏的接觸面積，使更多的油能夠被開采出來。同時，采用超級壓裂技術可以在更大范圍內創造裂縫，增加儲層的滲透性，從而提高油井的產能。這對于開發低滲透性儲層和提高油田開發效率具有重要意義。
“長水平井+超級壓裂”技術的重大進展在于它突破了傳統水平井分段壓裂技術的限制，取得了顯著的技術突破和效果改進。首先，通過延長水平井段的長度，使井筒能夠更好地覆蓋油藏的有效厚度，提高了油井的產能。這種技術使水平井段的長度可以達到數千米，遠遠超過傳統技術的限制，大大增加了油井的有效開采面積。其次，采用超級壓裂技術，能夠在水平井段中形成更多、更廣的裂縫，提高儲層的滲透性，從而增加油井的產能和經濟可采儲量。這種技術能夠在更大范圍內施加更高強度的壓力，創造出更多的裂縫，使油藏中的原油更容易流到井筒中，提高了采收率。
展開 60張三維地質模型 ，讓您秒懂地質勘探與采礦
水平井壓裂
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現在地下淺層結構模型
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城市模型
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海島
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跨海大橋
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高鐵
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隧道
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高架橋
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跨河管道建設
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鐵路建設
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水處理和循環模型
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清潔能源
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煤炭和清潔能源
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水平井
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陸上和海上油田勘探開發
文章轉自：地理小驛
中國陸相頁巖油勘探開發現狀及展望
圖1 基于常規測井曲線的多信息融合測井
甜點識別與評價方法
2.2 長水平段水平井高效鉆井技術
頁巖儲層具有低滲低孔等特征，只有通過水平井精確鉆遇其甜點并合理實施壓裂改造才能獲得穩定產能。我國陸相斷陷盆地構造復雜，縱向上確定的頁巖油甜點橫向差異較大，針對頁巖油藏鉆井存在諸多難點：其一頁巖水平井水平段較長，需嚴格控制造斜段的斜率；其二儲層磨阻大，鉆進過程中壓力傳遞弱；其三由于缺乏可靠的地質資料，加之經驗不足，無法精確捕捉目標層；其四我國陸相頁巖油藏儲層中礦物易膨脹，常規鉆井液體系并不適用。
針對以上難點，國內外學者提出了一套包含多項有效鉆井舉措的長水平段水平井高效鉆井工藝，該技術囊括叢式“井工廠”立體開發、超大規格電驅動鉆機、長水平段水平井井眼軌跡控制、鉆井參數實時優化等多項子技術，該系統在鉆井過程中可實時調整和優化井眼軌跡，確保頁巖油甜點被精準鉆遇。
2.3 水平井+密切割體積壓裂技術
頁巖油水平井投產前需進行體積壓裂，常規水平井體積壓裂波及面積小，裂縫間距大，很難實現連續穩產。為進一步挖掘頁巖油井的潛能，引入了水平井+密切割體積壓裂技術。該技術不僅能夠起到擴大裂縫波及范圍，縮短頁巖儲層滲流距離的作用，同時可以實現補充地層壓力，提升采出程度，增大單井產能的目的，一舉雙效。慶城油田自將密切割體積壓裂技術與長7油層組頁巖油現場先導試驗相結合以來，水平井壓裂實現了從“大排量打碎儲集體”到“密切割剁碎儲集體”的思路轉變，配合其自主研發的低成本EM30滑溜水壓裂液，實現了對該區塊頁巖油儲層的有效改造。
2.4 微地震井中監測技術
微地震井中監測技術是近幾年興起的多學科交叉融合技術，與其他監測方法相比，其具有監測信息多、精度高及實時性強等優點。
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河道砂鉆井
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河道砂鉆井
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注液提高采收率
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深海鉆井
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海上油田勘探開發
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水平井壓裂
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油井結構
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海上油氣田
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水平井采油
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陸上油氣田勘探和鉆井
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水平井壓裂
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叢式井采油
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海上采油平臺
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叢式井采油
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海上平臺
近年最具影響力的15項油氣勘探開發技術（之四）
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水平井“一趟鉆”鉆井技術
水平井“一趟鉆”鉆井技術是一項系統工程，也是頁巖油氣水平井鉆井提速降本的“牛鼻子”工程。所謂“一趟鉆”就是鉆頭一次下井打完一個開次的所有進尺。“一趟鉆”可顯著減少鉆頭用量、起下鉆次數和時間，簡化井身結構，減少套管和水泥用量以及相應的固井工作量，從而大幅度縮短鉆井周期，降低鉆井成本。
“一趟鉆”涉及的關鍵技術主要包括：（1）鉆井方案優化設計；（2）先進鉆機，特別是自動化鉆機；（3）適合“一趟鉆”的高效長壽命鉆頭，通常是定制的鉆頭；（4）個性化的優質鉆井液；（5）高壓噴射鉆井及優選參數鉆井；（6）常規導向鉆井或旋轉導向鉆井；（7）隨鉆地質導向；（8）遠程專家決策支持中心。鉆頭、鉆井液、導向工具、儀器以及鉆井工藝、裝備的最佳匹配，是“一趟鉆”的基本保證，井筒完整性是“一趟鉆”的基本前提。“一趟鉆”不僅需要集成應用先進高效鉆井技術，還需要地質工程一體化解決方案，更需要團隊的協作。
在美國頁巖油氣水平井鉆井中，單井段一趟鉆已成常態，兩井段一趟鉆正在推廣應用，多井段一趟鉆持續增加。隨著技術的不斷進步和經驗的不斷積累，“一趟鉆”不斷刷新著單趟進尺紀錄，不斷縮短水平井鉆井周期。“一趟鉆”創造的單趟進尺紀錄已突破5500米。
展開 技術鄰周報Q15：ANSA/地震動響應/iSolver/子程序/SaaS/結構抗震/3DCS...
4、基于ABAQUS子程序UAMP編程實現水平井分段多簇壓裂流量動態分配
作者：
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鏈接：https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1822163
隨著非常規油氣資源開發的興起，水平井分段多簇壓裂的作用愈加重要。為了實現致密儲集層高效開發，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。但生產測井數據表明，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律缺乏足夠的認識，尤其缺乏對于流量動態分配的研究，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。
5、仿真助力超聲聚焦的臨床應用研究
作者：
天佑有限元
鏈接：https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1822214
超聲聚焦廣泛應用于各類工業設備與技術中，例如我們熟悉的無損檢測（NDT）和醫學成像。高強度聚焦超聲（HIFU）是此技術的一項臨床應用，它利用探頭將大部分能量集中到目標組織區域，使組織發生凝固性壞死。本篇文章將重點對超聲聚焦的仿真過程進行探討。
6、ANSA模型更改，第二種快速修改網格的方法
作者：CAE備忘錄
鏈接：https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1822378
上一期文章中寫過，修改哪的模型就改哪的模型。
展開 不同方位和井斜角（斜井）井眼井壁穩定研究巧妙處理方法
通常情況下，井壁穩定研究所用的模型為直井或水平井，斜井相關模擬極少，原因之一就是建模較不容易，網格劃分質量不行。
為此，本文給出了巧妙處理方法用以解決該問題。
考慮到前期已近給出了直井或水平井相關視頻教程，本教程中講解不清晰的地方可參考前期井壁穩定模擬相關具體操作。
本模擬采用的是ABAQUS2016版本
網址：不同方位和井斜角（斜井）井眼井壁穩定研究巧妙處理方法
cohesive單元模擬二維水力壓裂，運行了100多步報錯，為什么角落會出現孔隙壓力負值？
水平井段長40，角度為北偏西20°，水平井段均勻分布8段長度為0.4的直線段作為射孔和注入點位置，在模型關鍵字里定義為initial gap初始損傷單元作為起始裂縫。采用超靜水壓力系統，初始地層孔隙壓力為0。實體單元basement應力場為S11=-10e6,S22=-5e6,S12=S33=0。注入點載荷為-0.01m^2/s，有幅值緩沖。注入時間步長為10s。
模型運行了136步3秒不到出現不收斂：Time increment required is less than the minimum specified。右上角出現了孔隙壓力負值，查看了邊界條件，設置了四邊位移自由度為0，孔隙壓力也為0。將應力場改為S11=-10e6,S22=0,S12=S33=0，重新運行，模型運行到200多步四秒不到依然報錯。將注入載荷縮小成-0.001，這次可以運行成功，但裂縫寬度也縮小很多。
模型POR、SDGE、MMIXDME、MMIXDMI局部云圖如下，懇請大佬指點
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
【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。
資源領域需求引領勘探科技攻關
一是創新陸相烴源層系油氣生成與聚集效率認識，以資源的深化認識指導勘探潛力的再評價；二是深化剩余油氣資源空間差異分布研究，促進盆地邊緣、洼陷帶、深部層系等相對低的層系與區帶的油氣發現；三是繼續發展完善以三維地震勘探技術為主導的圈閉、儲層描述與預測技術，促進邊際油氣藏、復雜地質體的精細勘探開發；四是大力發展以提高單井產能的大位移、多靶點、水平井鉆井及分段壓裂、體積壓裂等井筒技術，促進致密油氣及低品位油氣資源的高效開發利用。
西部致密碎屑巖油氣藏主要理論技術需求。一是圍繞大中型油氣田形成條件、油氣富集規律，重點深化以“源、相、位”為主導的連續型油氣聚集規律研究，以指導大面積、低幅度巖性油氣藏勘探；二是深化油氣輸導體系有效性評價研究，以指導遠源及圈、源高度分離地區、層系勘探；三是發展完善復雜地表、地質條件下的地震、非震等關鍵技術與配套工程技術，促進規模油氣場面的發現，不斷降低工程成本與油氣發現成本。
海相巖溶、縫洞型、礁灘相油氣藏主要理論技術需求。在理論方面，加強多期構造體制下的油氣成藏與富集主控因素認識，深化深層、超深層優質碳酸鹽巖儲層發育機理與分布評價研究，發展完善基于“源-蓋控烴、樞紐帶控藏”為核心的一體化地質綜合研究，以及油氣藏保存及保持研究；在關鍵技術方面，急需加強基于提高復雜山地與碳酸鹽巖裸露區地震資料品質的采集、處理、解釋技術，完善基于地震資料的儲層預測評價技術，解決復雜山前帶地震成像與構造建模問題；工程配套技術方面，急需加強基于提速、提效為目的的深井、超深井優快鉆井技術，以提高單井產能為目的的水平井分段壓裂、大型酸化壓裂等工程技術。
山前帶油氣藏主要理論技術需求。在理論方面，發展前陸沖斷帶構造變形地質理論，沖斷帶深部與凹陷-斜坡帶油氣成藏理論（機制）等。
展開 頁巖氣水平井套管損害分析
本案列以頁巖氣水平進套管損害為例，分析在水平最大主應力與水平最小主應力的影響下，套管的損害情況。分析該模型可分為一下幾個步驟：首先確定原始地應力的分布，接著確定井眼形成后應力分布，然后計算下套管固井后地應力的分布和射孔后地應力的分布，最后模擬壓裂過程中應力的變化。套管破壞準則采用Von Mises準則，具體云圖如下。無射孔的套管周圍，在上下頂點處所受Von Mises應力最大；在套管射孔周圍，Von Mises應力大小方向發生變化。該案例還可進一步分析壓裂過程中，套管損傷情況，同時可結合熱流固耦合，分析其變化，在此不詳細說明。歡迎做此方面的，交流學習。
COMSOL模擬二維裂隙流壓裂水平井 ￥50
提供裂縫性油藏離散裂縫網絡模型COMSOL數值模擬案例，通過案例可以掌握基于離散裂縫網絡的網絡裂縫井產能等相關模型的建立。具體案例和視頻講解附后。
Abaqus線下培訓，工程師免費參與，名額有限！!
目前，水平井分段多簇壓裂技術已成為開發非常規低滲透油氣藏最有效的增產改造手段。下圖為貝克休斯對水平井多裂縫壓裂過程的模擬：
Abaqus主要提供基于孔壓Cohesive單元和XFEM兩種水力壓裂模擬方法：
下圖為埃克森美孚的水力壓裂驗證算例。水力裂縫在離開縫口后，很快發生偏轉，轉向最大主應力方向（水平方向），形成S型的水力裂縫，實驗和Abaqus的模擬結果有很好的一致性：
