裂缝模型说明

第15卷第6期2008年11月文章编号：1005-8907（2008）06-055-04DFN模型裂缝建模新技术王建华（吉林油田公司勘探开发研究院，吉林松原138000）摘要DFN模型是目前世界上描述裂缝的一项先进技术，它通过展布于三维空间中的各类裂缝片组成的裂缝网络集团来构建整体的裂缝模型，实现了对裂缝系统从几何形态到其渗流行为的逼真细致的有效描述，吉林油田晴子井油田采用这一技术很好地解决了油田开发的诸多问题。

关键词裂缝建模；离散型裂缝网络；DFN模型；晴子井油田中图分类号：TE319文献标识码：ADFN model:A new modelling technology for fractureWang Jianhua(Research Institute of Exploration and Development,Jilin Oilfield Company,CNPC,Songyuan138000,China).The DFN model is an advanced technology of fracture description currently in the world.A whole fracture model can be established through the fracture network composed by the various types of crack sheet,which is distributed in the three-dimensional space.The careful description is implemented from the geometry to the filtration behavior in fracture network.Many problems have been solved during the oilfield development according to the technology in Qingzijing Area of Jilin Oilfield.Key words:fracture modeling,discrete fracture network,DFN model,Qingzijing Oilfield.1传统模型存在的问题1）在裂缝型油藏中，地下流体主要是在裂缝及其交织成的裂缝网络中进行。

Petrel 裂缝分析与裂缝建模技术Petrel 裂缝分析与裂缝建模技术1．裂缝型油气藏分布及裂缝认识方法1）低渗油藏的主要特点2）裂缝认识方法：通常我们容易在岩心描述数据中获得厘米级的裂缝数据，在地震断层数据中获得公里级的裂缝数据，在露头数据中获得米级、十米级的裂缝数据。

2．裂缝建模理论基础3．裂缝建模理论难点4．Petrel软件裂缝建模1）裂缝强度曲线生成2）裂缝古构造挠曲度分析3）裂缝与断层距离分析4）开发动态对裂缝发育的认识5）裂缝发育方向分析6）裂缝强度属性模拟7）裂缝强度约束下的DFN模拟8）模型粗化5. 影响裂缝发育的地质因素很多，各种因素互相作用，使裂缝分布难以预测。

一般从三个角度来进行，一是针对构造应力场和曲率，二是用统计地质学预测井间裂缝分布，三是充分利用地震资料预测裂缝的空间分布。

裂缝性储层地质建模技术1、裂缝表征参数描述1）裂缝的倾角频率分布图2）裂缝的间距分布图3）裂缝的方位分布图2、裂缝的测井识别3、裂缝的空间分布预测1）构造恢复法2）有限元法3）光弹模拟实验裂缝建模软件ReFract简介1、目前有哪些裂缝建模技术1）地质力学模拟（Geomechanical Modeling）模拟过程极为复杂。

主要依据是构造恢复。

过分简化了裂缝成因，只考虑构造变形，而忽视了岩性分布、岩石物性、和其他复杂地质现象对裂缝发育的影响。

2）离散裂缝网络（Discrete Fracture Network，DFN）对裂缝的模拟采用离散的方法。

非常依赖井中成像数据。

可以较精确的模拟近井位置的裂缝分布，对远离井位的裂缝描述精度较差。

只能使用地质与地震属性的二维分布图来制约裂缝模型的生成。

因此，只适合有大量成像井的区域，而不适合少井的勘探区域。

3）连续裂缝分布模型（Continuous Fracture Models，CFM）与传统地质建模相同的三维空间网格。

裂缝属性分布在整个三维空间，是真正意义上的三维裂缝分布模型。

裂缝处理的主要方式
裂缝的发生机理及其裂缝理论可参考各种教材和书籍，这里不予赘述。

而这里所言是钢筋混凝土有限元分析中裂缝的数学模型，由于裂缝的处理比较困难，因此其处理方式也很多，可谓百花怒放。

但主要且常用的有三种方法：离散裂缝模型(discrete cracking model)、分布裂缝模型(smeared cracking model)、断裂力学模型。

①离散裂缝模型：也称单元边界的单独裂缝模型，即将裂缝处理为单元边界，一旦混凝土开裂，就增加新的结点，重新划分单元，使裂缝处于单元和单元边界之间。

该法可以模拟和描述裂缝的发生和发展，甚至裂缝宽度也可确定。

但因几何模型的调整、计算量大等，其应用受到限制。

不过也因计算速度和网格自动划分的实现，该模型有可能东山再起。

②分布裂缝模型：也称单元内部的分布裂缝模型，以分布裂缝来代替单独的裂缝，即在出现裂缝以后，仍假定材料是连续的，仍然可用处理连续体介质力学的方法来处理。

即某单元积分点的应力超过了开裂应力，则认为整个积分点区域开裂，并且认为是在垂直于引起开裂的拉应力方向形成了无数平行的裂缝，而不是一条裂缝。

由于不必增加节点和重新划分单元，很容易由计算自动进行处理，因而得到广泛的应用。

③断裂力学或其它模型：断裂力学在混凝土结构分析领域的研究十分活跃，但主要都集中于单个裂缝的应力应变场的分布问题，对于多个裂缝及其各个裂缝之间的相互影响问题，研究工作目前尚不成熟，到能够应用于实际路程还很遥远。

ANSYS采用分布裂缝模型。

断裂模拟方法：一.弥散裂缝模型弥散裂缝模型也可以称为分布裂缝模型,是在年提出的`叫。

此模型假设当单元的最大主应力超过混凝土抗拉强度时,单元在最大主应力垂直的方向形成无数平行的微裂纹如图一所示。

单元发生损伤,需对单元的本构矩阵进行调整。

弥散裂缝模型认为开裂的混凝土还具有一定的连续性,将实际的裂缝“弥散”到整个单元中。

在第一条裂缝出现后,认为混凝土变成了一种“正交异性体”。

裂缝不是离散的或单个的。

此模型一开始认为,当单元开裂时,沿裂纹面垂直方向的应力立刻为零,裂纹面垂直方向与裂纹面切线方向失去了任何抵抗拉应力、剪应力的能力,而另外方向的刚度不变,如果三个方面都发生开裂,则认为这个单元完全失效。

因而单元的弹性矩阵为零。

后来人们发现混凝土开裂后,由于裂纹面颗粒与颗粒之间的相互叹合,裂纹面的抗拉能力并不立即降为零,并且裂纹面还具有一定的抗剪能力。

并且,应力应变曲线具有明显的下降阶段。

于是在本构模型中引进了剪力传递系数,它反映了骨料咬合作用,并且考虑开裂的受拉软化特性,在应变可加性基础上建立开裂单元的本构关系,得到有多条、固定裂纹的单元本构关系或考虑最大主应力方向在加载过程中不断改变的旋转裂纹模型、考虑材料塑性的弹塑性断裂模型。

因为此类模型只需改变开裂单元的本构关系,无须改变单元形式或重新划分单元网格,因此,广泛使用于混凝土结构断裂模拟。

,提出裂缝带模型和非局部连续模型,引入裂缝带、断裂能概念,减少了单元尺寸的影响。

但裂缝带模型假设断裂过程区的宽度是单元的宽度与实际不符。

非局部连续模型的物理意义不明确,且只针对工型张开型裂缝。

二.据北建工一常使用损伤模型的学生说，用损伤模型模拟效果也不错。

《混凝土抗压强度与断裂参数尺寸效应的数值模拟研究》三.《混凝土塑性弥散裂缝模型和应用》混凝土梁的尺寸为600 mm×180 mm ×100 mm［3］，2 个支撑点间长度为500 mm，载荷作用点离左端支撑点距离为175 mm，预设在混凝土梁上的裂缝深度为30 mm，见图1．试验中混凝土参数属性见表1．四.ABAQUS中的混凝土模型开裂问题应用弥散裂纹模型。

离散裂缝网络（DFN）模型众所周知，与储层参数（如储层孔隙度、渗透率、含油饱和度等）相比，储层内的裂缝属于离散变量，其发育具有以下两方面的独特性：一是整个裂缝网络可能基于构造或地层，并以一个离散体形式存在，犹如横纵交错的公路网，而且并非所有裂缝都彼此相交或连通，其连通性甚至与互相间的距离不存在直接联系；二是反映裂缝发育特征的各类参数相对复杂，同时包括了矢量性参数（如裂缝产状）与标量性参数（如裂缝密度、裂缝宽度、裂缝长度等）。

正是基于这样的特殊性，离散裂缝网络（Discrete Fracture Network，DFN）模型才得以应运而生。

与传统意义上的等效多孔介质(equivalent porous media, EPM)模型不同，DFN 模型明确定义了模拟区域内每一条裂缝的位置、产状、几何形态、尺寸、宽度以及孔渗性质等，同时对裂缝进行分组，每一组均有各自的统计学共性，因此所有裂缝在空间上既被相互独立地随机放置，又分别属于不同发育特征的裂缝组，见下图。

这种处理方式既保证了裂缝网络被当作离散对象来对待，同时各种性质的裂缝参数又都能得到充分考虑，因而为获得精确的裂缝几何模型与裂缝参数模型提供了可能。

裂缝随机建模方法从国内公开发表的文献来看，“裂缝随机建模（Fracture stochastic Modeling）”一词是在最近1-2年才提出来的，即便在国外的公开文献中，这种提法也是比较新的，可以说是裂缝研究领域非常新的一个方向。

下面笔者通过类比“储层随机建模（Reservior stochastic Modeling）”，并结合自身的一些科研经历，谈谈对于裂缝随机建模方法方面的一些不成熟想法。

综观各式文献，裂缝建模的主要宗旨可归纳为：充分利用各种资料获得的裂缝数据，建立能精确反映未知区裂缝产状、几何形态、尺寸、宽度及空间展布规律等的三维裂缝几何模型（即DFN模型），在此基础上运用相关的数学算法，粗化/计算得到能定量表征裂缝参数三维空间分布的数据体，即裂缝参数模型。