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 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;  
* 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)
+
* prediction of fracture geometry
 
* effective prevention of crack closure (выбор оптимальных свойств проппанта (размеров, плотности, механических свойств, проницаемости упаковки), а также технологии его введения в трещину гидроразрыва)
 
* effective prevention of crack closure (выбор оптимальных свойств проппанта (размеров, плотности, механических свойств, проницаемости упаковки), а также технологии его введения в трещину гидроразрыва)
 
* 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)  
 
* 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)
 
* 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)
* proppant flowback (при прекращении закачки жидкости в скважину может происходить движение проппанта в обратном направлении)
+
* proppant flowback (при прекращении закачки жидкости в скважину может происходить движение приппанта в обратном направлении)
 +
 
  
 
== Модели, используемые в литературе ==
 
== Модели, используемые в литературе ==
Строка 44: Строка 43:
 
* 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 63:
 
** 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 85: Строка 83:
  
 
*'''Fu P., Johnson S.M., Hao Y., Carrigan C.R. Fully coupled geomechanics and discrete flow network modeling of hydraulic fracturing for geothermal applications // Proc. of 36 Workshop on Geothermal Reservoir Engineering'''. The primary objective of our current research is to develop a computational test bed for evaluating borehole techniques to enhance fluid flow and heat transfer in enhanced geothermal systems (EGS). Simulating processes resulting in hydraulic fracturing and/or the remobilization of existing fractures, especially the interaction between propagating fractures and existing fractures, represents a critical goal of our project. To this end, we are continuing to develop a hydraulic fracturing simulation capability within the Livermore Distinct Element Code (LDEC), a combined FEM/DEM analysis code with explicit solid-fluid mechanics coupling. LDEC simulations start from an initial fracture distribution which can be stochastically generated or upscaled from the statistics of an actual fracture distribution. During the hydraulic stimulation process, LDEC tracks the propagation of fractures and other modifications to the fracture system. The output is transferred to the Non-isothermal Unsaturated Flow and Transport (NUFT) code to capture heat transfer and flow at the reservoir scale.
 
*'''Fu P., Johnson S.M., Hao Y., Carrigan C.R. Fully coupled geomechanics and discrete flow network modeling of hydraulic fracturing for geothermal applications // Proc. of 36 Workshop on Geothermal Reservoir Engineering'''. The primary objective of our current research is to develop a computational test bed for evaluating borehole techniques to enhance fluid flow and heat transfer in enhanced geothermal systems (EGS). Simulating processes resulting in hydraulic fracturing and/or the remobilization of existing fractures, especially the interaction between propagating fractures and existing fractures, represents a critical goal of our project. To this end, we are continuing to develop a hydraulic fracturing simulation capability within the Livermore Distinct Element Code (LDEC), a combined FEM/DEM analysis code with explicit solid-fluid mechanics coupling. LDEC simulations start from an initial fracture distribution which can be stochastically generated or upscaled from the statistics of an actual fracture distribution. During the hydraulic stimulation process, LDEC tracks the propagation of fractures and other modifications to the fracture system. The output is transferred to the Non-isothermal Unsaturated Flow and Transport (NUFT) code to capture heat transfer and flow at the reservoir scale.
 +
  
 
=== Дискретные подходы к моделированию гидроразрыва ===
 
=== Дискретные подходы к моделированию гидроразрыва ===
Строка 118: Строка 117:
  
 
=== 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 143:
  
 
== Возможные направления исследований ==
 
== Возможные направления исследований ==
 
+
1. Моделирование движения пропанта в трещинах гидроразрыва при заданной и меняющейся геометрии трещин
1. Выработка рекоммендаций по оптимизации свойств проппанта и технологии его доставки с целью увеличения продуктивности скважины
 
 
* разработка математических и компьютерных моделей для описания динамики проппанта в жидкости, используемой для гидроразрыва;  
 
* разработка математических и компьютерных моделей для описания динамики проппанта в жидкости, используемой для гидроразрыва;  
  
Строка 158: Строка 156:
 
* моделирование динамики пропанта при прекращении закачки жидкости в скважину;  
 
* моделирование динамики пропанта при прекращении закачки жидкости в скважину;  
  
 +
* выработка рекоммендаций по оптимизации свойств проппанта и технологии его доставки с целью увеличения продуктивности скважины.
  
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;   
+
2. Разработка моделей разрушения горной породы под действием жидкости на основе [[Метод динамики частиц | метода динамики частиц]]
 +
* разработка моделей на основе 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);
 
* моделирование развития трещин в горной породе под действием давления, создаваемого жидкостью (без учета динамики жидкости);
Строка 171: Строка 168:
 
* разработка модели течения жидкости в трещинах гидроразрыва с учетом изменяющейся геометрии трещин;  
 
* разработка модели течения жидкости в трещинах гидроразрыва с учетом изменяющейся геометрии трещин;  
  
* моделирование гидроразрыва пласта с учетом динамики жидкости в трещинах гидроразрыва.
+
* 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]]
+
* выработка рекомендации по оптимизации процесса гидроразрыва с учетом конкретных геофизических условий.
* [[Моделирование трещинообразования при гидроразрыве пласта]]
 
  
 
== Ссылки ==
 
== Ссылки ==
Строка 193: Строка 177:
 
* [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)