Редактирование: Моделирование гидроразрыва пласта
Внимание! Вы не авторизовались на сайте. Ваш IP-адрес будет публично видимым, если вы будете вносить любые правки. Если вы войдёте или создадите учётную запись, правки вместо этого будут связаны с вашим именем пользователя, а также у вас появятся другие преимущества.
Правка может быть отменена. Пожалуйста, просмотрите сравнение версий, чтобы убедиться, что это именно те изменения, которые вас интересуют, и нажмите «Записать страницу», чтобы изменения вступили в силу.
Текущая версия | Ваш текст | ||
Строка 1: | Строка 1: | ||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
[[Файл:Hydro-fracture.gif|thumb|300px|right|[http://www.davidicke.com/articles/corporate-crime/43173-oil-and-gas-collection-hydraulic-fracturing-toxic-chemicals-and-the-surge-of-earthquake-activity-in-arkansas Схема гидроразрыва]]] | [[Файл:Hydro-fracture.gif|thumb|300px|right|[http://www.davidicke.com/articles/corporate-crime/43173-oil-and-gas-collection-hydraulic-fracturing-toxic-chemicals-and-the-surge-of-earthquake-activity-in-arkansas Схема гидроразрыва]]] | ||
Строка 9: | Строка 5: | ||
A ‘‘typical’’ hydraulic fracturing treatment starts with the creation of an initial path for the fracture. This is usually achieved by a technique called ‘‘perforation’’ in which specially designed shaped-charges are blasted on the wellbore walls with given orientations, perforating the casing and creating finger-like holes or weak points in the hydrocarbon-laden formation. A viscous fluid is pumped inside the wellbore, inducing a steep rise in the pressure which eventually leads to the initiation of a fracture at the perforated interval. A ‘‘pad’’ of clean fluid is usually pumped first, to provide sufficient fracture width for the proppant that follows. Proppant is injected at a later stage as a suspension or slurry. The treatment usually takes place on a time-scale of tens of minutes to a few hours, depending upon the designed fracture size and volume of proppant to be placed. At the end of the treatment, when pumping stops, leak-off of the residual fracturing fluid into the porous reservoir allows the fracture surfaces to close onto the proppant pack under the action of the far-field compressive stresses. | A ‘‘typical’’ hydraulic fracturing treatment starts with the creation of an initial path for the fracture. This is usually achieved by a technique called ‘‘perforation’’ in which specially designed shaped-charges are blasted on the wellbore walls with given orientations, perforating the casing and creating finger-like holes or weak points in the hydrocarbon-laden formation. A viscous fluid is pumped inside the wellbore, inducing a steep rise in the pressure which eventually leads to the initiation of a fracture at the perforated interval. A ‘‘pad’’ of clean fluid is usually pumped first, to provide sufficient fracture width for the proppant that follows. Proppant is injected at a later stage as a suspension or slurry. The treatment usually takes place on a time-scale of tens of minutes to a few hours, depending upon the designed fracture size and volume of proppant to be placed. At the end of the treatment, when pumping stops, leak-off of the residual fracturing fluid into the porous reservoir allows the fracture surfaces to close onto the proppant pack under the action of the far-field compressive stresses. | ||
+ | |||
== Физические процессы, сопровождающие гидроразрыв == | == Физические процессы, сопровождающие гидроразрыв == | ||
Строка 18: | Строка 15: | ||
Особенности "реального" процесса гидроразрыва: | Особенности "реального" процесса гидроразрыва: | ||
* неоднорподность (в частности, слоистая структура) горной породы; | * неоднорподность (в частности, слоистая структура) горной породы; | ||
− | * | + | * changes in magnitude and/or orientation of the in situ confining stresses; |
− | * | + | * пристствие свободных порехностей; |
* утечка жидкости, используемой для гидроразрыва, в горную породу либо наоборот приток жидкости в трещины из породы; | * утечка жидкости, используемой для гидроразрыва, в горную породу либо наоборот приток жидкости в трещины из породы; | ||
* влияние температуры и сдвига на реологические свойства разрушающей жидкости; | * влияние температуры и сдвига на реологические свойства разрушающей жидкости; | ||
* закрытие трещин в следствие прекращения накачки жидкости, намеренной откачки жидкости или резкого изменения геометрии за счет образования трещин (разгрузка породы); | * закрытие трещин в следствие прекращения накачки жидкости, намеренной откачки жидкости или резкого изменения геометрии за счет образования трещин (разгрузка породы); | ||
− | * '''гидроразрыв так называемых ‘‘мягких’’ пород, таких как слабо | + | * '''гидроразрыв так называемых ‘‘мягких’’ пород, таких как слабо консолидированны such as weakly consolidated песчанник. Линейная механика разрушения к ним не применима!''' |
+ | |||
== Проблемы и задачи, возникающие при использовании технологии гидроразрыва == | == Проблемы и задачи, возникающие при использовании технологии гидроразрыва == | ||
− | + | * effective prevention of crack closure | |
− | * effective prevention of crack closure | + | * prediction of fracture geometry |
− | * | ||
* fluid leak-off (утечка жидкости для гидроразрыва из скважины в прилегающую породу) | * fluid leak-off (утечка жидкости для гидроразрыва из скважины в прилегающую породу) | ||
− | * | + | * screenouts caused by proppant a bridging and holdup (частицы проппанта могут застревать в трещинах, образуя мостики, препятствующие течению жидкости, используемой для гидроразрыва, и/или добывемого флюида (нефти, газа и т.д.)) |
− | * proppant flowback | + | * proppant flowback |
− | == | + | |
+ | == Методы, используемые в литературе == | ||
Для моделирования разрушения горной породы в процессе гидроразрыва используются как методы механики сплошной среды (ассимптотические методы, метод конечных элементов, метод граничных элементов), так и механики дискретных сред (метод дискретных элементов). | Для моделирования разрушения горной породы в процессе гидроразрыва используются как методы механики сплошной среды (ассимптотические методы, метод конечных элементов, метод граничных элементов), так и механики дискретных сред (метод дискретных элементов). | ||
Строка 44: | Строка 42: | ||
* Khristianovich‐Geertsma‐DeKlerk (KGD) | * Khristianovich‐Geertsma‐DeKlerk (KGD) | ||
* Penny‐Frac | * Penny‐Frac | ||
− | |||
'''Lumped Parameter Models''' | '''Lumped Parameter Models''' | ||
Строка 65: | Строка 62: | ||
** материал резервуара (горной породы) считается линейно упругим; | ** материал резервуара (горной породы) считается линейно упругим; | ||
** в случае слоистого резервуара слои считаются параллельными и идеально сопряженными; | ** в случае слоистого резервуара слои считаются параллельными и идеально сопряженными; | ||
− | ** гидроразрыв происходит в одной вертикальной плоскости; | + | ** гидроразрыв происходит в одной вертикальной плоскости плоскости; |
** принимается модель Ньютоновской жидкости или жидкости с степенным учавнением состояния; | ** принимается модель Ньютоновской жидкости или жидкости с степенным учавнением состояния; | ||
Строка 118: | Строка 115: | ||
=== Моделирование динамики проппанта === | === Моделирование динамики проппанта === | ||
− | * ''' | + | * '''Adachia J., Siebritsb E., Peircec A., Desroches J. Computer simulation of hydraulic fractures // Int. J. of Rock Mechanics & Mining Sciences, 44, 2007, pp. 739–757 ([[Медиа: Adachi_SimulHydrFrac.pdf |download, pdf]])''' The transport and placement of proppant within the fracture is usually modeled by representing the slurry (i.e., the mixture of proppant and fluid) as a two-component, interpenetrating continuum. The distribution of proppant in the fracture is given by its volumetric concentration (defined as the probability of finding a proppant particle at a given point in space and time), which is the additional variable to be determined. In modeling proppant transport and placement, it is often assumed that: |
** both proppant and fluid are incompressible; | ** both proppant and fluid are incompressible; | ||
** the proppant particles are small compared to a characteristic lengthscale, in this case the fracture width; | ** the proppant particles are small compared to a characteristic lengthscale, in this case the fracture width; | ||
Строка 144: | Строка 141: | ||
== Возможные направления исследований == | == Возможные направления исследований == | ||
+ | 1. Моделирование движения пропанта в трещинах гидроразрыва при заданной и меняющейся геометрии трещин | ||
+ | * разработка математических и компьютерных моделей для описания динамики проппанта в жидкости, используемой для гидроразрыва | ||
− | + | * валидация моделей, решение тестовых задач (динамика одиночной частицы в жидкости под действием гравитационногго поля, течение жидкости с проппантом в канале постоянного сечения) | |
− | |||
− | |||
− | * валидация моделей, решение тестовых задач (динамика одиночной частицы в жидкости под действием гравитационногго поля, течение жидкости с проппантом в канале постоянного сечения) | ||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | + | * моделирование движения проппанта в трещине гидроразрыва | |
− | * | + | * определение влияния параметров пропанта на стабилизацию трещин и повышение дебита скважины |
− | * | + | * исследование изменения проницаемости канала при высоких концентрациях проппанта (proppant bridges) |
− | * моделирование развития трещин в горной породе под действием давления, создаваемого жидкостью | + | 2. Разработка моделей разрушения горной породы в процессе гидроразрыва под действием жидкости на основе [[Метод динамики частиц | метода динамики частиц]] |
+ | * моделирование развития трещин в горной породе под действием давления, создаваемого жидкостью; | ||
− | + | 3. моделирование процесса создания и поддержания высокопроводимой трещины в целевом пласте для обеспечения притока добываемого флюида (газ, вода, конденсат, нефть либо их смесь) к забою скважины; | |
− | + | 4. выработка рекомендации по оптимизации процесса гидроразрыва с учетом конкретных геофизических условий. | |
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
== Ссылки == | == Ссылки == | ||
Строка 193: | Строка 164: | ||
* [http://www.mfrac.com/ MFRAC - simulation software] | * [http://www.mfrac.com/ MFRAC - simulation software] | ||
* [http://barree.net/index.htm Consulting on Hydraulic Fracturing] | * [http://barree.net/index.htm Consulting on Hydraulic Fracturing] | ||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
[[Category: Научные проекты]] | [[Category: Научные проекты]] | ||
[[Category: Механика дискретных сред]] | [[Category: Механика дискретных сред]] |