Редактирование: Моделирование гидроразрыва пласта

Перейти к: навигация, поиск

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:
[[Кафедра "Теоретическая механика"]] > '''Моделирование гидроразрыва пласта''' <HR>
 
 
{{DISPLAYTITLE:<span style="display:none">{{FULLPAGENAME}}</span>}}
 
<font size="5">Моделирование гидроразрыва пласта </font>
 
 
[[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 18: Строка 14:
 
Особенности "реального" процесса гидроразрыва:   
 
Особенности "реального" процесса гидроразрыва:   
 
* неоднорподность (в частности, слоистая структура) горной породы;  
 
* неоднорподность (в частности, слоистая структура) горной породы;  
* изменения в величине и/или ориентации сжимающих пластовых напряжений (changes in magnitude and/or orientation of the in situ confining stresses);  
+
* changes in magnitude and/or orientation of the in situ confining stresses;  
* присутствие свободных порехностей;  
+
* 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 консолидированный песчанник (weakly consolidated sandstone).  
+
* '''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 ==  
  
* prediction of fracture geometry (предсказание геометрии трещины, т.е. её полудлины, высоты и ширины раскрытия)
+
* effective prevention of crack closure  
* effective prevention of crack closure (выбор оптимальных свойств проппанта (размеров, плотности, механических свойств, проницаемости упаковки), а также технологии его введения в трещину гидроразрыва)
+
* prediction of fracture geometry
* optimal choice of fracturing fluid (жидкость должна обеспечивать эффективный транспорт проппанта, а частности, иметь достаточную вязкость. Кроме того, должна обеспечиваться быстрая откачка жидкости после завершения технологического процесса)
 
 
* fluid leak-off (утечка жидкости для гидроразрыва из скважины в прилегающую породу)
 
* fluid leak-off (утечка жидкости для гидроразрыва из скважины в прилегающую породу)
* avoid 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.). В результате может существенно снижаться продуктивность скважины)
+
* 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 (при прекращении закачки жидкости в скважину может происходить движение проппанта в обратном направлении)
+
* proppant flowback
  
== Модели, используемые в литературе ==
+
== 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 40:
 
* Khristianovich‐Geertsma‐DeKlerk (KGD)
 
* Khristianovich‐Geertsma‐DeKlerk (KGD)
 
* Penny‐Frac
 
* Penny‐Frac
* [http://www.geo.umass.edu/faculty/cooke/fric2d/chapter1.html  Displacement Discontinuity Model]
 
  
 
'''Lumped Parameter Models'''
 
'''Lumped Parameter Models'''
Строка 65: Строка 60:
 
** 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 90: Строка 85:
  
 
Для дискретного моделирования процесса гидроразрыва в литературе, как правило, применяется метод дискретных элементов (DEM). При этом горная порода представляется в виде "связанных" (bonded) частиц, как правило, сферической формы. Для описания взаимодействий между частицами (связей) используется модель [[BPM | Bonded Particle Model (BPM)]], реже модель упругого стержня, соединяющего центры частиц. Для описания течения жидкости в трещинах гидроразрыва применяется модель, изложенная в '''Shimizu Y. Fixed coarse-grid fluid scheme in PFC2D, Itasca Consulting Group, Inc., Minnesota, 2008'''.
 
Для дискретного моделирования процесса гидроразрыва в литературе, как правило, применяется метод дискретных элементов (DEM). При этом горная порода представляется в виде "связанных" (bonded) частиц, как правило, сферической формы. Для описания взаимодействий между частицами (связей) используется модель [[BPM | Bonded Particle Model (BPM)]], реже модель упругого стержня, соединяющего центры частиц. Для описания течения жидкости в трещинах гидроразрыва применяется модель, изложенная в '''Shimizu Y. Fixed coarse-grid fluid scheme in PFC2D, Itasca Consulting Group, Inc., Minnesota, 2008'''.
 +
  
  
Строка 118: Строка 114:
  
 
=== Моделирование динамики проппанта ===
 
=== Моделирование динамики проппанта ===
* '''Adachi J., Siebrits E.,  Peirce 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:  
+
* '''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 140:
  
 
== 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
  
1. Выработка рекоммендаций по оптимизации свойств проппанта и технологии его доставки с целью увеличения продуктивности скважины
+
* валидация моделей, решение тестовых задач (динамика одиночной частицы в жидкости под действием гравитационногго поля, течение жидкости с проппантом в канале постоянного сечения)
* 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);
+
* моделирование движения проппанта в трещине гидроразрыва
  
* моделирование движения проппанта в трещине гидроразрыва;
+
* определение влияния параметров пропанта на стабилизацию трещин и повышение дебита скважины
  
* определение влияния параметров пропанта на стабилизацию трещин и повышение дебита скважины;
+
* исследование изменения проницаемости канала при высоких концентрациях проппанта (proppant bridges)
  
* исследование изменения проницаемости канала при высоких концентрациях проппанта (proppant bridges);
+
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;  
  
* моделирование динамики пропанта при прекращении закачки жидкости в скважину;  
+
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.
2. Выработка рекомендации по оптимизации процесса гидроразрыва с учетом различных геофизических факторов
 
 
 
* разработка моделей разрушения горной породы под действием жидкости на основе континуальных подходов;
 
 
 
* разработка моделей на основе [[Метод динамики частиц | метода динамики частиц]] для описания деформирования и разрушения горной породы с учетом начальной деффектной структуры породы; 
 
 
 
* моделирование развития трещин в горной породе под действием давления, создаваемого жидкостью (без учета динамики жидкости);
 
 
 
* сравнение с известными моделями (PKN, KGD, модель Олсона), определение параметров данных моделей на основе компьютерных расчетов; 
 
 
 
* разработка модели течения жидкости в трещинах гидроразрыва с учетом изменяющейся геометрии трещин;
 
 
 
* моделирование гидроразрыва пласта с учетом динамики жидкости в трещинах гидроразрыва.
 
 
 
== Справочные материалы: лекционные курсы, обзорные статьи, презентации ==
 
* Adachi J., Siebrits E.,  Peirce 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]])
 
* Čikeš M. A short reservoir stimulation course. Lecture notes, 1996. ([[Медиа: A_SHORT_RESERVOIR_STIMULATION_COURSE.pdf |download, pdf]])
 
* Dusseault M., McLennan J. Massive Multi-Stage Hydraulic Fracturing: Where are We? // preprint, ([[Медиа: Review_Massive_Multi-Stage_Hydraulic_Fracturing_Where_are_We.pdf‎ |download, pdf]])
 
* Barree R.D. Horizontal Well Stimulation Optimization // presentation, Barree & Associates LLC, 2009 ([[Медиа: Horizontal_Well_Stimulation.pdf |download, pdf]])
 
* Barree R.D. Modeling Fracture Geometry // presentation, Barree & Associates LLC, 2009 ([[Медиа:  Modeling_Fracture_Geometry.pdf |download, pdf]])
 
* Barree R.D. Modeling Frac‐Fluid Rheology & Leakoff // presentation, Barree & Associates LLC, 2009 ([[Медиа: Modeling_Frac-Fluid_Rheology_and_Leakoff.pdf |download, pdf]])
 
* MFRAC (Meyer FRACturing Simulators) User's Guide ([[Медиа: MFRAC_User's_Guide.pdf‎ |download, pdf]])
 
* Аксаков А.В., Борщук О.С., Желтова И.С., Дедурин А.В., Калуджер З., Пестриков А.В., Торопов К.В. [https://www.pdf-archive.com/2016/11/28/c/ Корпоративный симулятор гидроразрыва пласта: от математической модели к программной реализации]
 
* Ахтямов А.А., Макеев Г.А., Байдюков К.Н., Муслимов  У.С., Матвеев С.Н., Пестриков А.В.,Резаев С.Н. [https://www.pdf-archive.com/2018/05/27/------fra-simulator-rn-grid/ Корпоративный симулятор гидроразрыва пласта «РН-ГРИД»: от программной реализации к промышленному внедрению]
 
== См. также ==
 
 
 
* [[Моделирование динамики проппанта в трещинах гидроразрыва]]
 
* [[Моделирование трещинообразования при гидроразрыве пласта]]
 
  
 
== Ссылки ==
 
== Ссылки ==
Строка 193: Строка 163:
 
* [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]  
* [http://www.fracom.fi/ 2D симулятор развития трещин в горной породе методом граничных элементов (BEM)]
 
* [http://www.geo.umass.edu/faculty/cooke/fric2d/chapter2.html FRIC2C программа, основанная на Displacement Discontinuity Method] 
 
* [http://www.waytogoto.com/wiki/index.php/Hydro-fracturing Hydro-fracturing] on WikiMarcellus
 
* [http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D0%B8%D0%B4%D1%80%D0%BE%D1%80%D0%B0%D0%B7%D1%80%D1%8B%D0%B2_%D0%BF%D0%BB%D0%B0%D1%81%D1%82%D0%B0 Гидравлический разрыв пласта] (Википедия)
 
* [http://en.wikipedia.org/wiki/Hydraulic_fracturing Hydraulic fracturing] (Wikipedia)
 
* [http://en.wikipedia.org/wiki/Proppant Proppants and fracking fluids] (Wikipedia)
 
*[http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%B8%D0%BC%D1%83%D0%BB%D1%8F%D1%82%D0%BE%D1%80_%D0%B3%D0%B8%D0%B4%D1%80%D0%BE%D1%80%D0%B0%D0%B7%D1%80%D1%8B%D0%B2%D0%B0_%D0%BF%D0%BB%D0%B0%D1%81%D1%82%D0%B0 Симулятор гидроразрыва пласта] (Википедия)
 
 
 
[[Category: Научные проекты]]
 
[[Category: Научные проекты]]
 
[[Category: Механика дискретных сред]]
 
[[Category: Механика дискретных сред]]
Вам запрещено изменять защиту статьи. Edit Создать редактором

Обратите внимание, что все добавления и изменения текста статьи рассматриваются как выпущенные на условиях лицензии Public Domain (см. Department of Theoretical and Applied Mechanics:Авторские права). Если вы не хотите, чтобы ваши тексты свободно распространялись и редактировались любым желающим, не помещайте их сюда.
Вы также подтверждаете, что являетесь автором вносимых дополнений или скопировали их из источника, допускающего свободное распространение и изменение своего содержимого.
НЕ РАЗМЕЩАЙТЕ БЕЗ РАЗРЕШЕНИЯ МАТЕРИАЛЫ, ОХРАНЯЕМЫЕ АВТОРСКИМ ПРАВОМ!

To protect the wiki against automated edit spam, we kindly ask you to solve the following CAPTCHA:

Отменить | Справка по редактированию  (в новом окне)