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定向井压裂裂缝三维扩展形态的可视化仿真_程远方

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水平井多段压裂裂缝同步扩展应力干扰分析

水平井多段压裂裂缝同步扩展应力干扰分析
2021 年 6 月 第 35 卷 第 2 期
中国石油大学胜利学院学报 Journal of Shengli College China University of Petroleum
doi:10. 3969 / j. issn. 1673-5935. 2021. 02. 005
Jun. 2021 Vol. 35 No. 2
间簇裂缝宽度由 1. 43 mm 增加到 4. 05 mm,裂缝长
图 8 不同压裂液黏度条件下裂缝扩展结果图
4 结 论
(1) 多裂缝同步扩展过程中会产生附加应力 场,裂缝形态会受到影响。 外侧裂缝由于尖端区域 最大水平主应力方向改变而发生转向,内侧裂缝长 度、宽度受到限制。
( 2) 簇间距 是 裂 缝 应 力 干 扰 的 关 键 因 素, 裂 缝 间的应力干扰随簇间距的减小而增大;裂缝宽度随 地层弹性模量的增大而降低,高弹性模量地层宜采 用较大的簇间距;同一段内的 3 簇裂缝,中间簇裂缝 的宽度对压裂液黏度的敏感程度高于裂缝长度。
[责任编辑] 董大伟
23
为第 i 簇内压裂液流动压耗,MPa;pPfi 为第 i 簇炮
眼摩阻,MPa;pcfj 为第 i 簇与第 i-1 簇间沿程摩阻,
MPa;Qn+1 为第 n + 1 簇内压裂液流量,m3 / s;QT 为
注入液体的总量,m3 / s;Qi 为每簇注入量,m3 / s。
2 模型求解
将控制方程转化为以压力为目标的函数,并利 用离散耦合方式求解裂缝形态和流体压力,计算程 序如图 2 所示。
律以及压力平衡定律,可得
i
∑ fi =σ h + pwi + ppfi + Pcfj - P0( i = 1,…,n) . j=1

低渗透油气藏爆炸压裂模拟试验及裂缝分形特征

低渗透油气藏爆炸压裂模拟试验及裂缝分形特征
Ｘｕ Ｐｅ ｎ ｇ ， Ｃｈ ｅ ｎ ｇ Ｙｕ ａ ｎｆ ａ ｎ ｇ ， Ｌｉ ｕ Ｘｉ ｎ ｙ ｕｎ ， Ｚｈ ａ ｎ ｇ Ｘｉ ａ ｏ ｃ ｈ ｕｎ ， Ｓ ｈｉ Ｌｉ ｂ ａ ｏ
（ １ ． Ｐ ｅ ｔ ｒ ｏ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ Ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｆＰ ｏ ｅ ｔ ｒ ｏ ｌ ｅ ｕ ｍ Ｅ ｘ ｐ ｌ ｏ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ＆ Ｄｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ， Ｂ ｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ １ ０ ０ ０ ８ ３ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ； ２ ． Ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ｆＰ ｏ ｅ ｔ ｒ ｏ ｌ ｅ ｕ ｍ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｆＰ ｏ ｅ ｔ ｒ ｏ ｌ ｅ ｕ ｍ， Ｑ ｉ ｎ ｇ ｄ ａ ｏ ２ ６ ６ ５ ５ ５ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ； ３ ． Ｐ ｅ ｔ ｒ ｏ ｌ ｅ ｕ ｍ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ Ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆＤａ ｇ ａ ｎ ｇ Ｏ ｉ ｌ ｉｅ ｆ ｌ ｄ Ｃ ｏ ｍ ｐ ａ ｎ ｙ ， Ｔ ｉ ａ ｎ ｊ ｉ ｎ ３ ０ ０ ２ ８ ０ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
石
６ ３ ６ ２ ０ １ ３ 年 １ ０月
油
勘
探
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ＶＯ１ ． ４０ Ｎ Ｏ． ５
ＰＥＴＲ０ ＬＥＵ Ｍ ＥＸ ＰＬ０ＲＡＴ１ ０Ｎ Ａ Ｎ Ｄ Ｄ ＥＶ ＥＬＯＰＭ ＥＮ Ｔ
文章编号 ： １ ０ ０ ０ ． ０ ７ ４ ７ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ５ — ０ ６ ３ ６ ． ０ ５
ＤＯ Ｉ ： １ ０ ． １ １ ６ ９ ８ ／ Ｐ Ｅ Ｄ． ２ ０ １ ３ ． ０ ５ ． ２ １

【CN109827848A】一种油气储层压裂缝扩展模拟动态监测系统与方法【专利】

【CN109827848A】一种油气储层压裂缝扩展模拟动态监测系统与方法【专利】

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910211886.7(22)申请日 2019.03.20(71)申请人 中国矿业大学地址 221116 江苏省徐州市铜山区大学路1号(72)发明人 鞠玮　申建　秦勇　吴财芳　沈玉林　(74)专利代理机构 江苏圣典律师事务所 32237代理人 程化铭(51)Int.Cl.G01N 3/12(2006.01)(54)发明名称一种油气储层压裂缝扩展模拟动态监测系统与方法(57)摘要本发明公开了一种油气储层压裂缝扩展模拟动态监测系统与方法，该系统和方法利用活塞对岩石试件液压加载，并借助中子照相系统所具备的实时成像功能动态监测压裂缝的延伸和扩展行为。

本发明通过在压裂物理模拟过程中引入中子照相系统，克服了传统声发射技术和荧光示踪剂方法在压裂缝扩展研究时无法实时监测的弊端，解决了压裂缝延伸扩展动态实时监测的难题，实现了岩石真三轴与中子成像技术的实时配合，对研究真三轴应力状态下压裂缝的形成与延伸扩展规律具有重要意义。

权利要求书2页 说明书4页 附图1页CN 109827848 A 2019.05.31C N 109827848A权　利　要　求　书1/2页CN 109827848 A1.一种油气储层压裂缝扩展模拟动态监测系统，包括真三轴压力室、流体注入系统、压力加载系统、中子照相系统和数据采集处理系统，其特征在于：所述真三轴压力室，由六块正方形铝合金板六面拼装而成，压力室内壁设置有密封层衬套，所述真三轴压力室顶面铝合金板上设置有流体入口孔，流体入口孔穿过密封层衬套，所述真三轴压力室用于放置立方体压裂试样，所述压裂试样内设置有钢质注液管，注液管一端位于压裂试样内，另一端穿过铝合金板上的流体入口孔暴露于压力室外侧；所述压力加载系统包括前、后、左、右、顶、底六个方向的滑动钢柱和六个置于油缸内的活塞，滑动钢柱截面尺寸与铝合金板的板面尺寸相同，滑动钢柱与活塞相连，可在油缸内压力作用下滑动，对真三轴压力室六个板壁施加作用力；所述流体注入系统包括伺服增压器、压裂液储存器、油储存器和流体导管，为真三轴压力室内压裂试件和油缸提供流体压力，所述压裂液储存器通过流体导管与钢质注液管、伺服增压器分别连接，所述油储存器通过流体导管与油缸、伺服增压器分别连接；所述中子照相系统由中子源和像探测系统组成，所述像探测系统包括中子转换屏和中子吸收系统，所述中子源置于真三轴压力室一个侧壁外，所述中子转换屏置于与中子源相对的真三轴压力室另一侧壁外，中子吸收系统置于中子转换屏的后方；所述数据采集处理系统包括计算机、六个应力传感器和流量测试仪，所述六个应力传感器分别设置在真三轴压力室的六个内壁上，所述计算机的数据线连接各应力传感器、伺服增压器和中子转换屏，接收、记录相关数据，并转换成地质信息和图像信息。

水力压裂拟三维模型数值求解新方法

水力压裂拟三维模型数值求解新方法

水力压裂拟三维模型数值求解新方法申颍浩;葛洪魁;程远方;夏雨梅;李娜;杨柳【摘要】水力压裂裂缝垂向不对称延伸的拟三维模型比较复杂,需要多重迭代,循环耦合,仅依靠增加迭代运算的层数,不仅运算量过大,过程迭代甚至可能出现发散.对此,将控制缝高的方程组变换为超越方程,引入Steffensen加速收敛求解缝高,大大提高了收敛速度,避免了常规算法中缝高求解的反复试算.此外,裂缝内压力在靠近尖端时急剧下降,整体加密缝长方向上的计算步长程序复杂度大大提高.采用变步长的龙格库塔方法求解压降控制方程,使得计算步长随着压裂液流动的摩阻大小自动调整,不仅降低了程序复杂度,而且步长疏密度还可以直观展示压裂液流动的沿程摩阻变化趋势.运算结果证明,新的计算思路降低了压裂裂缝拟三维模型数值求解的复杂度,有一定的理论研究价值.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2014(014)026【总页数】5页(P219-223)【关键词】水力压裂;拟三维;变步长;龙格库塔【作者】申颍浩;葛洪魁;程远方;夏雨梅;李娜;杨柳【作者单位】中国石油大学(北京)非常规天然气研究院,北京102249;中国石油大学(北京)非常规天然气研究院,北京102249;中国石油大学(华东)石油工程学院,青岛266580;大庆油田化工集团东昊油气处理分公司,大庆163453;中海油研究总院,北京102249;中国石油大学(北京)非常规天然气研究院,北京102249【正文语种】中文【中图分类】TE357.1近几年，压裂技术获得了极大的发展，已经从常规的单井压裂发展到开采页岩气、致密气藏的水平井多级压裂;裂缝形态也从单一的双翼裂缝变成形态更加复杂的T型缝、缝网等。

水力裂缝形态的数值计算依然是水力压裂领域的研究重点和核心［1—3］。

国内，以张士诚、赵金洲、陈勉等学者为代表，相对系统的研究了裂缝力学扩展机理和裂缝延伸数值模拟。

薛炳、马新仿、胡永全、任书泉、郭建春等学者在三维裂缝的扩展方面进行了大量的研究工作。

预制定向裂缝压裂裂缝延伸数值模拟胜利油田多裂缝理论研究报告

预制定向裂缝压裂裂缝延伸数值模拟胜利油田多裂缝理论研究报告

第四章预制定向裂缝压裂裂缝延伸数值模拟水力压裂技术广泛应用于增加石油和天然气的产量，其中水力压裂裂纹延伸研究是水力压裂技术领域的重要课题，近几年来，有关水力压裂理论和数值模拟方面的研究已引起国内许多专家学者的重视，在许多方面做了大量富有成效的研究，然而目前的水力压裂数值模拟研究主要集中在裂纹形态裂纹长、宽、高尺寸等静态参数的研究方面，对压裂裂纹的动态扩展的范围、路径、方向等动态参数、尤其对预制定向裂纹水力压裂延伸数值模拟方面的研究较少。

本章就这一问题进行了研究：（1）对压裂中裂纹的形态等基本理论进行了研究和探讨。

（2）以线弹性断裂力学为基础，建立了预制定向裂纹失稳扩展的判据。

（3）采用B.J.Cater的全三维模型，建立了水力压裂的流固耦合数学模型，利用有限元方法推导了水力压裂数学模型的数值解法。

（4）应用实际工程数据，分别对固井质量完好、固井圈和地层岩石力学性质相同和固井圈和地层岩石力学性质不同两种情况下裂纹延伸情况进行了数值模拟。

一、裂纹形式判断1 岩层中一点应力状态岩层中一点的应力状态如图(4.1.1)所示，iσ（i=x,y,z）主要由以下几部分组成。

xyzxσzσyσ图4.1 .1岩石中一点应力状态示意图(1)原始应力‘i σ：即在自重应力场作用下产生的应力。

设井深为H ，则：⎪⎭⎪⎬⎫=-===HH H z y x γσγμμλγσσ'1'' (4.1.1)式中)1(μμλ-=。

由广义胡克定律，设侧向应变0==y x εε推得；μ为岩石泊松比；γ为岩石密度，一般岩石密度γ在2.1～2.5g/3cm 范围内。

(2)构造应力''i σ：即在地壳构造应力场作用下产生得应力。

一般认为水平应力元大于垂直应力，且水平方向上应不相等，对于接近地表的浅部岩体，可近似取''z σ＝0，在地壳应力松弛区，水平应力较小，则：T y x σσσ=='''' ；''z σ＝0 （4.1.2）(3)孔隙压力（地层压力）S P ：由于岩层中均有一定的孔隙压力，从而使部分上覆岩层压力被多孔介质中的流体压力（孔隙压力）S P 所抵消，故应力分量为：S y x P μμσσ--==1'''''' ；S y P -='''σ （4.1.3）2 水压致裂孔壁岩石的破裂压力（梯度）井壁在水压力P 的作用下（图(4.1.2)），由弹性理论分析知，孔壁周向拉应力θσ＝22r Pa ，当a r =时，P =θσ。

低渗透油气藏爆炸压裂模拟试验及裂缝分形特征

低渗透油气藏爆炸压裂模拟试验及裂缝分形特征

低渗透油气藏爆炸压裂模拟试验及裂缝分形特征徐鹏;程远方;刘新云;张晓春;石李保【摘要】基于爆炸压裂模拟实验,分析各试样爆炸压裂后裂缝的发育情况,并结合分形几何理论,研究各试样的裂缝分形特征,分析了炸药量、围压对裂缝分形维数的影响规律.设计了各试样在爆炸压裂模拟实验中的炸药量和围压,采用盒维数计算方法求取实验后各试样的裂缝分形维数,结果表明:相同围压下,随着炸药量的增加,试样表面裂缝数量、长度、宽度增加;相同炸药量条件下,随着围压的增大,试样表面裂缝长度、数量减少;同一围压下,裂缝分形维数随炸药量的增加而增大,围压较小时裂缝分形维数与炸药量间近似呈线性关系,围压较大时裂缝分形维数与炸药量间呈非线性关系;同一炸药量下,裂缝分形维数随围压的增大而减小.建议采用轴向耦合、径向不耦合布药方式,现场施工时应使炸药量和地下围压相匹配.【期刊名称】《石油勘探与开发》【年(卷),期】2013(040)005【总页数】5页(P636-640)【关键词】低渗透油气藏;爆炸压裂;分形维数;炸药量;围压【作者】徐鹏;程远方;刘新云;张晓春;石李保【作者单位】中国石油勘探开发研究院工程技术研究所;中国石油大学(华东)石油工程学院;中国石油大学(华东)石油工程学院;中国石油勘探开发研究院工程技术研究所;中国石油大学(华东)石油工程学院;中国石油大港油田石油工程研究院;中国石油勘探开发研究院工程技术研究所【正文语种】中文【中图分类】TE357.30 引言近10年来，中国低渗透油气藏探明储量已达到总探明油气储量的一半[1-5]，成为保证中国陆上石油工业稳定发展的重要资源。

低渗透油气藏渗透性差、产能低、开采难度大，通常需要进行油气藏改造才能维持正常生产。

爆炸压裂是改造低渗透油气藏的潜在技术手段，通过固态、液态或气态炸药在井筒内的爆炸使井筒周围地层产生新裂缝，进而达到改善低渗透储集层物性、提高油气采收率的目的[6-9]。

由于爆炸压裂技术的特殊性和实验设备的不足，目前对该技术的研究还不够深入，特别是在爆炸压裂裂缝定量评价方法的研究方面。

压裂中顶底板对缝高控制作用的数值模拟研究

压裂中顶底板对缝高控制作用的数值模拟研究黄浩勇;韩忠英;王光磊;程远方【摘要】裂缝在缝高方向的延伸会导致裂缝有效长度的降低,影响压裂效果;也可能直接穿过水层,造成压裂施工的失败.因此,基于FEPG有限元平台,利用网格开裂技术,开展了煤层气井压裂数值模拟研究,对垂向裂缝起裂、扩展及穿层的全过程进行分析.数值模拟结果表明:煤层气井压裂过程中,控制裂缝是否向隔层扩展主要取决于作业的净压力与隔层水平地应力差之间的关系;与储集层岩石力学性质相比,储集层的地应力剖面是影响裂缝垂向扩展范围的主要因素;T型缝、工型缝等复杂缝是由储集层的岩石力学性质和地应力共同作用的结果.这对于提高现场煤层气井水力压裂的效果具有重要的指导意义.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2015(015)006【总页数】5页(P181-184,209)【关键词】煤层气压裂;数值模拟;有限元法;顶、底板岩石【作者】黄浩勇;韩忠英;王光磊;程远方【作者单位】中国石油大学石油工程学院,青岛266555;中国石油大学石油工程学院,青岛266555;中石化胜利石油工程有限公司钻井工艺研究院,东营257017;中国石油大学石油工程学院,青岛266555【正文语种】中文【中图分类】TE319煤层气井压裂已成为煤层气开发的重要技术手段;然而由于煤层力学性质和地应力分布与常规砂泥岩地层存在较大的差异，且煤层气井压裂施工的发展历史不长，因此对煤层压裂裂缝扩展规律的认识还不够深入[1—4]。

煤层气井压裂后，裂缝有可能在煤层中延伸扩展，形成有效的运移通道；也可能穿过煤层段，在顶底板中延伸扩展，形成复杂的T型缝或工型缝；还可能直接穿过水层，造成压裂施工的失败[5—7]。

可见，水力裂缝在煤层中的扩展机理和分布规律十分复杂，涉及到岩石力学、断裂力学、流体力学、化学等多个学科，且无法直接观察和测量到裂缝扩展的动态过程，只能借助数值模拟或简化试验进行间接研究[8—12]。

页岩气水平井段内多簇裂缝同步扩展模型建立与应用

页岩气水平井段内多簇裂缝同步扩展模型建立与应用时贤;程远方;常鑫;许洪星;吴百烈;蒋恕【摘要】水平井分段多簇压裂技术是开发页岩气藏的核心技术手段,分析段内多裂缝同步扩展规律和进行段内簇间距优化设计对提升水平井压裂效果具有重要意义.基于多层压裂流量动态分配思想,考虑缝间应力干扰、射孔和摩阻压降损耗、滤失等影响建立多簇裂缝同步扩展数学模型,利用改进Picard法进行方程组求解并开展敏感性分析.研究结果表明,簇间距对多簇裂缝扩展的影响最为明显,当簇间距达到缝高高度时,缝间力学干扰则几乎可以忽略;簇间距越近,则整个缝簇系统受到应力干扰影响越为明显,而加大压裂液黏度则可以明显改变缝宽,一定程度上抵消应力干扰影响;地层滤失系数增加则会显著降低改造体积范围,射孔密度对缝簇扩展影响较小.提出的段内多裂缝扩展数值模型简化了数学建模步骤,综合考虑了影响裂缝扩展的岩石力学和工程因素,且计算速度快,精度可靠,可为水平井段内簇间距压裂优化设计工作提供技术支持.【期刊名称】《石油钻采工艺》【年(卷),期】2018(040)002【总页数】6页(P247-252)【关键词】页岩气;分段压裂;应力干扰;缝簇优化;流量分配【作者】时贤;程远方;常鑫;许洪星;吴百烈;蒋恕【作者单位】中国石油大学(华东)石油工程学院;中国石油大学(华东)石油工程学院;中国石油大学(华东)石油工程学院;中国石油川庆钻探工程有限公司长庆井下技术作业公司;中国海洋石油总公司研究总院;美国犹他大学能源与地球科学研究院【正文语种】中文【中图分类】TE377页岩气储层具有低孔、低渗等特征，通过水平井分段多簇压裂技术进行储层压裂改造是目前开发此类气藏的核心技术［1-2］。

美国六大页岩气藏水平井分段多簇压裂产能统计数据发现，压裂段内约有30%以上的压裂缝簇没有工业气流，即使在具有高产气量的压裂段内也存在6%～22%左右的无效缝簇［3］。

微地震等裂缝监测数据表明，簇间距设置不当引起的应力干扰会引起裂缝扩展受限甚至闭合，是造成压裂效果低下的根本原因。

煤岩定向井水力裂缝起裂及非平面扩展实验

煤岩定向井水力裂缝起裂及非平面扩展实验谭鹏;金衍;侯冰;韩珂;周英操;孟尚志【期刊名称】《石油勘探与开发》【年(卷),期】2017(044)003【摘要】基于真三轴压裂装置对天然煤岩开展室内压裂模拟实验,对比了直井和定向井两种井型压裂水力裂缝的起裂特征及扩展形态,主要研究了不同相对方位角条件下,地应力、煤岩割理对定向井压裂水力裂缝非平面扩展规律的影响.实验结果表明,水力裂缝的整体扩展方式由相对方位角、割理和地应力状态共同决定:随着相对方位角的增加,水力裂缝形态复杂程度、泵注压力以及裂缝延伸压力增加;当水力裂缝沿着与井筒斜交方向起裂时,受割理影响在扩展过程中裂缝转向并发生扭曲,引起近井筒区域裂缝形态复杂化,起裂点附近出现多裂缝.相比直井形成的“工”或“十”型裂缝形态,近井筒主裂缝扭曲扩展并伴随着多次级裂缝的复杂裂缝形态,是造成煤层定向井压裂水力裂缝延伸困难的主要因素.【总页数】7页(P439-445)【作者】谭鹏;金衍;侯冰;韩珂;周英操;孟尚志【作者单位】中国石油大学(北京)油气资源与工程国家重点实验室,北京102249;中国石油大学(北京)油气资源与工程国家重点实验室,北京102249;中国石油大学(北京)油气资源与工程国家重点实验室,北京102249;中国石油大学(北京)油气资源与工程国家重点实验室,北京102249;中国石油钻井工程技术研究院,北京100195;中联煤层气有限责任公司,北京100011【正文语种】中文【中图分类】TE357.1【相关文献】1.裂缝性页岩储层水力裂缝非平面扩展实验 [J], 侯冰;程万;陈勉;谭鹏;杨立峰2.煤岩储层中水力裂缝延伸扩展规律研究 [J], 李春;陈星;田跃儒3.含夹矸煤层水力裂缝在煤岩界面的扩展规律 [J], 石应东;康天合;李立功4.砂煤岩互层水力裂缝扩展规律的数值模拟研究 [J], 兰天庆; 胡泊洲; 董文楠; 张昕5.水力裂缝在煤岩界面处穿层扩展规律的数值模拟 [J], 李浩哲; 姜在炳; 舒建生; 范耀; 杜天林因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

压裂裂缝拟三维延伸的数值模拟

压裂裂缝拟三维延伸的数值模拟
胡永全;任书泉
【期刊名称】《西南石油学院学报》
【年(卷),期】1992(014)002
【摘要】为了使压裂设计更符合实际情况,近年来倾向于使用裂缝三维延伸的数学模型。

本文以I D Palmer缝高模型为基础,应用线弹性断裂理论,建立了适合层状分布油气层压裂时裂缝拟三维延伸动态尺寸计算的数学模型,模拟了裂缝三维延伸过程中裂缝尺寸随时间的变化关系。

【总页数】9页(P54-62)
【作者】胡永全;任书泉
【作者单位】不详;不详
【正文语种】中文
【中图分类】TE357.11
【相关文献】
1.水力压裂裂缝三维延伸数值模拟研究 [J], 张平;赵金洲
2.考虑分形效应下水力压裂裂缝拟三维延伸研究 [J], 刘洋;徐苗;景岷雪;蒋文春
3.水平井压裂裂缝拟三维延伸数学模型研究 [J], 文贤利;叶鹏;折海成
4.CO2泡沫压裂裂缝三维延伸及温度场的数值模拟 [J], 王斌;汪军;林宗虎;张爱舟
5.裂缝三维延伸数值模拟与端部脱砂压裂技术 [J], 张平;赵金洲
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A 为坐标系间的转换矩阵 。 其中，
{
（ x － x0 ）
2
+ （ y － y0 ）
2
+ （ z － z0 ）
2
= R2
L1 ， L2 ， L3 为三个就地主应力的方向余弦 ； R 为计算的 式中， m； σ3 为就地最小主应力， MPa。 需要构建拉格朗日函 步长， 数求解。
3
二次开发 SolidWorks 实现仿真
2
深部地层存在三向相互垂直的主地应力系统 ， 即上覆岩 层地应力 σ v ， 水平最大地应力 σ H 和水平最小地应力 σ h 。当 生产储层被钻开或压裂时 ， 井筒附近局部应力区域会出现应 ［5 ］ 分布会发生改变 。 为了简化应力分布状况 ， 做了 力集中， 如下的假设： 1 ） 岩石为均质各向同性多孔弹性介质 ； 2 ） 岩石是连续性介质， 内部的裂缝结构不影响线弹性 状态； 3 ） 不考虑压裂液与岩石的各种物理化学作用［6］ 。 为了便于计算定向井附近的受力状态和应力分布 ， 分别 y， z） 和（ r， z ） 坐标系， 建立（ x， θ， 先将坐标系进行旋转。 如图 1 所示， α 为井斜方位与水平最大主应力方位的夹角 ， 即定向 井方位角； β 为井眼轴线相对于 σ v 轴的夹角， 即井斜角。 根 ， 据坐标系的旋转变换 可以将原场主地应力转换到井筒局部 直角坐标系下：
Visual Simulation of 3 D Geometric Fracture Propagation of Deviated Well
CHENG Yuan － fang， YANG Liu， WU Bai － lie， DONG Bing － xiang
（ Laboratory of Rock mechanics，China University of Petroleum，Qingdao Shandong 266580 ，China） ABSTRACT： In the process of fracturing of deviated well，the fact that the stress distribution is complex near the deviated well results in reorientation and twist，and causes series of problems during the implementation． However， the visualization of fracture propagation of deviated well is now still not well studied． Most conclusions expressed in the form of charts make people hardly have a visual understanding of the overall 3D shape． In order to solve the problem，the paper studied the hydraulic fracture reorientation model，whose application range was extended，involving hole drift angle，azimuth angle and oriented perforating azimuth． What's more，with the help of redevelopment of platform software，the shape of fracture of deviated well can be simulated． It turns out that the method of modeling and simulation is very helpful for enhancing the visual understanding of the geometry shape of fracture． KEYWORDS： Redevelopment； Deviated well； Fracture； Vsualization； Simulation 情况不可直观的观测， 得出的结论大多是以图表 、 数据的形 式展现的， 导致了对裂缝的三维空间转向形态也缺乏直观认 识， 这大大影响了压裂过程中裂缝扩展因素的互相作用的深 入研究。 学者已经对裂缝的扩展模型做了大量的工作 。 通用的 — —有限元， 数值模拟方法— 为了简化计算多将结果限制在二 维， 而且往往仅限于规律的定性分析 ， 缺乏整体的深入探讨。 因此笔者扩展了裸眼定向井井筒附近水力裂缝转向模型的 应用范围， 重点模拟任意井斜、 方位及射孔方位下的近井裂 缝的三维扩展形态。 本文首次采用可视化编程语言对平台 软件 solidworks 进行二次开发， 实现了裂缝扩展形态的可视 化功能， 扩 展 了 平 台 软 件 的 应 用 范 围， 取得了很好的仿真 效果。
第 29 卷
第 12 期
计
算
机
仿
真
2012 年 12 月
文章编号： 1006 － 9348 （ 2012 ） 12 － 0325 － 04
定向井压裂裂缝三维扩展形态的可视化仿真
程远方， 杨 柳， 吴百烈， 董丙响
（ 中国石油大学（ 华东） 岩石力学实验室， 山东 青岛 266580 ） 摘要：在石油定向井压裂过程中 ， 井筒附近的水力裂缝的三维扩展往往存在转向及扭曲等复杂形态， 容易引起一系列施工问 题。由于目前条件的限制 ， 裂缝形态大多以图表数据来展示 ， 使得人们很难对裂缝的三维形态产生形象的直观认识 。 为了 深入研究了井筒附近裂缝空间转向模型， 并进一步将定向井裂缝延 解决定向井三维裂缝扩展形态复杂难以可视化的问题 ， 伸模型的适用范围扩展到了任意的井斜 、 方位及射孔方位下。同时， 对可视化平台软件进行二次开发， 使得建立的定向井裂 裂缝扩展的建模思路和仿真方法能够取得很好的可视化效果。 缝扩展模型能在仿真界面上显示出来 。仿真结果表明， 关键词：二次开发； 定向井； 裂缝； 可视化； 仿真 中图分类号：TP317. 4 文献标识码：A
{
σ θ = （ σ xx + σ yy ） － 2 （ σ xx － σ yy ） cos2 θ － 4 τ xy sin2 θ － p w
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…… Set skSegment = part． SketchManager． CreateLine（ 0 ， 0， 0 ，ycenter，zcenter，xcenter） ∥根据求出的圆心坐标绘制井筒轴线 ， 即为扫描命令的 路径 …… part． CreateCircleByRadius2 0 ， 0， 0 ，r r 为井筒半径， ∥绘制压裂井段下端圆形横截面 ， 即为扫 描命令的轮廓草图 …… 2 ） 三维裂缝空间形态的建模 裂缝形态的构建应用的是 SolidWorks 带引导线的放样 2 …… n， 功能。如图 3 所示， 绘制轮廓线 1 、 连接轮廓线顶点 成引导线， 然后应用 SolidWorks 的进行放样， 就能够形成通 过各个轮廓线的拟合曲面 ， 即为定向井压裂的裂缝扩展空间 形态。 3． 2 0， 0
： “十一五” 《煤岩裂缝扩展数值仿真与压裂优 基金项目 国家重大专项 （ 2008ZX05026 － 004 － 12 ） 化设计理论研究》 收稿日期： 2012 － 03 － 05 修回日期： 2012 － 03 － 24Байду номын сангаас
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定向井压裂裂缝模型的建立
根据断 裂 力 学 理 论， 则井壁上最大拉伸应力的表达 式为： （ σθ + σz ） － 槡 （ σθ － σz ） σ max = 0 ． 5 ［ 为了求出最大拉伸应力 ， 对上式求导： dσ max （ θ） = 0 dθ y0 ， z0 。 置坐标 x0 ， 2． 2 裂缝的扩展 起裂位置后， 通过求解应力状态的特征方程 ， 可以得到 第一步裂 空间任一点的主应力值及相应的方向余弦 。 由此， y1 ， z1 就可以得到， 缝扩展的位置 x1 ， 不断循环便可以得到整 个裂缝扩展的一条空间曲线 。 然后改变 z 值， 分别求取井筒 起裂线上的不同起裂点的坐标 ， 重复以上计算， 便可以得到 此时可以对 SolidWorks 进行二次开发， 实现 多条空间曲线， 放样功能从而获得整个三维空间曲面形态 。 假设裂缝每一步的扩展都是沿着与最小主应力垂直的 x2 + y2 + z2 的极值对应的坐 方向， 那么通过求解函数 D = 槡 标， 就可以确定裂缝扩展下一步位置的坐标 ， 约束条件如下： σ3 L 1 （ x － x 0 ） + σ3 L 2 （ y － y 0 ） + σ3 L 3 （ z － z 0 ） = 0
+ 4 τ2 θz ］ （ 1 ）
（ 2）
可求的 θ， 则即可求得整体笛卡尔直角坐标系中起裂位
σ xx τ xy τ xz = τ yx σ yy τ yz τ zx τ zy σ zz
σH 0 0 A 0 σ h 0 A T 0 0 σv
2． 1
井壁起裂
井筒局部直角坐标系下的应力 ， 经过推导， 考虑到井筒 液体压力影响， 就可以得到斜井井筒附近任何一点的应力状 态， 其中井壁上的应力分布为 ： σ z = σ zz － 2 μ（ σ xx － σ yy ） cos2 θ － 4 μτ xy sin2 θ τ θz = 2 （ － τ xz sinθ + τ yz cosθ） 式中， σ xx ， σ yy ， σ zz ， τ xz τ yz ， τ zz 为井筒直角坐标下井壁上的应力 MPa； μ 为泊松比， 分布， 无量纲； θ 为井筒柱坐标下井壁上任 （ ° ） ； p w 为井筒内压， MPa。 意点与参考点的夹角，
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引言