2011年武汉二中分配生考试数学试题

10.1.5井壁诱导水力压裂裂缝1、Product:Abaqus/Standard这个例子演示了对这个模型开始使用孔隙压力粘聚单元和在油井附近射孔处水力压裂诱导裂缝的张开。在这一节使用技术说明，你可以评估水力裂缝过程对井眼生产力的定量影响。2、Problemdescription问题描述水力压裂普遍被使用在油气储层生产的中作为一种增加油井产量延长储层生产寿命的方法。水力压裂治疗的目的是：1、为了创造更多遭遇过含碳水化合物的岩层的渗流面区域2、为了提供一种允许烃类（碳氢化合物）容易流通到井眼的高效导流通道。水力压裂的油气井的生产力直接和裂缝的扩展以及井眼和裂缝沟通的好坏有着紧密关系。一些岩石结构本身就含有天然裂缝系统能够进一步增加油井的生产力，如果生成了水力裂缝能够扩展以至于沟通天然裂缝。水力压裂工作包括了以一个非常高的压力将液体泵入井内以至于在井眼产生的载荷减少岩石的原地应力直到裂缝产生。一旦岩石结构开始形成裂缝，给予足够的水力压裂液体就能够使裂缝传播相当远的距离，有时达到一百米或者更远。压裂工作的实行是一个复杂的工作。在压裂作业过程中大部情况下若干不同种类流体会在不同阶段被泵入。3、Pumpingstages泵入阶段初始阶段一般包括泵入含少量聚合物颗粒的液体，典型地是泵入1~20桶液体（0.15~3.2立方米）来收集裂缝形成需要的压力数据以及不同种类的液体从裂缝漏失进入岩石孔隙空间的漏失率。收集的数据用来计划接下来阶段的工作。工作的主要阶段可能包括一百到几百桶的压裂液体。这个阶段的工作量的大小主要由目标裂缝尺寸、漏失率和泵的效率来决定。在下一个压裂工作阶段，被称为支撑剂的固体材料被加入到注入流体中以及被带进到裂缝空间。化学物质，典型如聚合物，在压裂工作的各个阶段被加入到液体中来产生一些需要的特性（粘性，漏失，密度）。在压裂工作的最后阶段特殊的化学物质被泵入到裂缝中帮助分解在前面阶段使用的聚合物，在不影响支撑剂材料的情况下使这些聚合物更容易通过裂缝回流。4、Geometryandmodel几何与模型在这个例子中问题考虑的区域是一个50米（1969英寸）厚度圆形的含油岩层，在这个油层上已经模拟了一个井眼。这个区域是一个直径为400米（15748英寸）的圆。岩石由三部分组成：一个部分是目标的产油层，以及两个相邻的页岩层。区域示意图参看10.1.5.1。由于对称性仅模拟区域的一半。图10.1.5.2表示有限单元模型。岩石使用C3D8RP单元模拟，钻孔套管用M3D4单元来模拟。未打开裂缝沿着模型区域的整个高度被模拟。黏结单元（COH3D8P）被使用来模拟一个垂直的裂缝表面。5、Rockconstitutivemodel岩石本构模型当套管是线弹性的时，对岩石选择的是一个线性的D-P硬化模型。6、Fractureconstitutivemodel裂缝本构模型裂缝模型由裂缝本身断裂力学的行为和进入裂缝以及通过裂缝表面漏失的流体的行为组成。Fracturemechanicalbehavior断裂力学行为结合界面的弹性性质使用T-S准则描述来定义，其强度值𝐾𝑛𝑛=𝐾𝑠𝑠=𝐾𝑡𝑡=8.5×104MPa。在粘聚单元里二次交互牵引失效准则被选择来用于其初始损伤；一个基于能量损伤演变规律的混合模型被用于损伤扩展。相关的材料数据如下：𝑁𝑂=𝑆𝑂=0.32𝐾𝑃𝑎,𝐺1𝐶=𝐺2𝐶=𝐺3𝐶=28𝑁/𝑚𝑚,和η=2.284。Fluidmodel流体模型在裂缝区域的粘聚单元里切向流和一般流都被模拟。以下的参数被指定：间隙流被指定为具有1×10−6KPaS黏度的牛顿流体，大致和水的黏度差不多。早期阶段流体漏失率被指定为5.879×10−10𝑚/(𝐾𝑃𝑎∙𝑠)。从属步流体漏失率在用户子程序中设置UFLUIDLEAKOFF（Ufluidleakoff）。7、Initialconditions初始条件使用一个用户子程序（SIGINIandUPOREP）来定义初始静地应力场。随深度变化的初始孔隙用用户子程序（VOIDRI）来指定。重力载荷也被设定；一个正交的上覆岩层应力状态被实施，在形成结合正交的粘聚单元的裂缝面上实用最大主应力原则。8、Loadingandboundaryconditions加载和边界条件分析有四个步骤组成：1、静地压力步骤被实行是对于形成和初始原地应力在于应用初始孔隙压力后可以实现平衡。井底关井压力被应用来作为一个对井眼表面的牵引力。2、下一个步骤是水力压裂阶段，主要的流体体积被注入进入油井。在模型中的目标层以每分钟2.4立方米的流量沿着目标8m左右程度被注入。沿着这个长度靠近井眼的粘聚单元被定义为允许输入液体初始张开的位置。这一阶段的持续时间是20分钟。3、后面的水力压裂过程，另一个瞬态土壤固结分析被考虑。对井的注入停止，在裂缝中形成的孔隙压力被允许释放进入地层中。在这个阶段一个附加的边界条件被应用，这个条件修复了裂缝面的张开来模拟支撑剂材料的行为，支撑剂是之前被注入进入裂缝的。4、在最后的步骤一个20KPa的生产压差被应用在裂缝粘聚单元的井眼节点处。这一步在100天的生产后结束或者当生产状态稳定后结束，在模型中这种稳定状态被定义为孔隙压力瞬变低于0.05KPa/秒。9、Resultsanddiscussion结果与分析流动注入在步骤2，泵入阶段，从井眼向外初始和扩展裂缝延伸。图10.1.5-3表示在目标层区域初始裂缝趋向于避开下面的页岩层，其抗压能力更高，但却延伸进入上面的页岩层，这个层会减少油井产量。图10.1.5-4表示在泵入阶段的不同时间点裂缝的打开剖面；最后的剖面发生在1200s，在下一个步骤被固定，裂缝由于支撑剂的存在保持张开。图10.1.5-5表示穿过裂缝面孔隙流的类似的过程以及指出孔隙流已经稳定了。图10.1.5-6表示采用了水力压裂过程后油井的产量结果。这是和一个没采用水力压裂的等价模型进行的比较。在这个简单的例子中水力压裂改造后的油井得到了显著的改善，流速超过了没有压裂裂缝的构造100倍。10.1.5-110.1.5-210.1.5-310.1.5-410.1.5-510.1.5-6