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;  
 
* присутствие 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 консолидированный песчанник (such as weakly consolidated sandstone). 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)  
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 85: Строка 80:
  
 
*'''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 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 142: Строка 138:
  
 
* ''''Joseph D.D. Direct Numerical Simulation of Slurry Transport Focusing on Engineering Correlations// Grant proposal, 2000.''' We have taken a major step toward development of two highly efficient parallel finite-element codes called particle movers for the direct numerical simulation of the motions of large numbers of solid particles in flows of Newtonian and viscoelastic fluids. One of the particle movers is based on moving unstructured meshes (Arbitrary Lagrangian-Eulerian or ALE) and the other (Distributed Lagrange Multiplier or DLM) on a structured mesh using a newmethod involving a distribution of Lagrange multipliers to ensure that the regions of space occupied by solids are in a rigid motion following Newton’s laws. The DLM particle mover evolved from well-known  embedding methods and its potential for applications seems to be very great since the problems of remeshing, projection and so on which plague methods based on unstructured grids have been circumvented. On the other hand, the ALE methodology is well suited for problems in irregular domains and it is at present the only code in the world which can move solid particles in a viscoelastic fluid. By comparing results from these two codes on common problems, we are able to evaluate both. The research proposed under this KDI/NCC initiative has two goals. One is to develop state-of-the-art particle movers based on DNS; we aim to move thousands of particles in 3D slurry transport and fluidized bed calculations at the flow parameters relevant to applications. The second goal of our KDI/NCC research is to develop effective procedures for converting the results of DNS into forms which can be used in practical applications.  One example of how to use DNS is the expansion of a fluidized bed.  Sand transport in fractured oil and gas reservoirs is another system in which the ways that DNS can impact field operations is not obvious. In this system, the effects of  microstructure at the particle level scale into particle placements in the fracture at the field level. We are going to focus our research on how to use DNS on this problem, partnering with oil and gas companies in the proppant (“prop open”) transport consortium STIMLAB.
 
* ''''Joseph D.D. Direct Numerical Simulation of Slurry Transport Focusing on Engineering Correlations// Grant proposal, 2000.''' We have taken a major step toward development of two highly efficient parallel finite-element codes called particle movers for the direct numerical simulation of the motions of large numbers of solid particles in flows of Newtonian and viscoelastic fluids. One of the particle movers is based on moving unstructured meshes (Arbitrary Lagrangian-Eulerian or ALE) and the other (Distributed Lagrange Multiplier or DLM) on a structured mesh using a newmethod involving a distribution of Lagrange multipliers to ensure that the regions of space occupied by solids are in a rigid motion following Newton’s laws. The DLM particle mover evolved from well-known  embedding methods and its potential for applications seems to be very great since the problems of remeshing, projection and so on which plague methods based on unstructured grids have been circumvented. On the other hand, the ALE methodology is well suited for problems in irregular domains and it is at present the only code in the world which can move solid particles in a viscoelastic fluid. By comparing results from these two codes on common problems, we are able to evaluate both. The research proposed under this KDI/NCC initiative has two goals. One is to develop state-of-the-art particle movers based on DNS; we aim to move thousands of particles in 3D slurry transport and fluidized bed calculations at the flow parameters relevant to applications. The second goal of our KDI/NCC research is to develop effective procedures for converting the results of DNS into forms which can be used in practical applications.  One example of how to use DNS is the expansion of a fluidized bed.  Sand transport in fractured oil and gas reservoirs is another system in which the ways that DNS can impact field operations is not obvious. In this system, the effects of  microstructure at the particle level scale into particle placements in the fracture at the field level. We are going to focus our research on how to use DNS on this problem, partnering with oil and gas companies in the proppant (“prop open”) transport consortium STIMLAB.
 +
  
 
== Возможные направления исследований ==
 
== Возможные направления исследований ==
Строка 161: Строка 158:
 
2. Выработка рекомендации по оптимизации процесса гидроразрыва с учетом различных геофизических факторов
 
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 разрушения горной породы под действием жидкости на основе  
  
 
* разработка моделей на основе [[Метод динамики частиц | метода динамики частиц]] для описания деформирования и разрушения горной породы с учетом начальной деффектной структуры породы;   
 
* разработка моделей на основе [[Метод динамики частиц | метода динамики частиц]] для описания деформирования и разрушения горной породы с учетом начальной деффектной структуры породы;   
Строка 172: Строка 169:
  
 
* 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 ==
 
== 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]])
+
* 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]])
 
* Čikeš M. A short reservoir stimulation course. Lecture notes, 1996. ([[Медиа: A_SHORT_RESERVOIR_STIMULATION_COURSE.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]])
 
* 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]])
Строка 180: Строка 178:
 
* Barree R.D. Modeling Fracture Geometry // presentation, Barree & Associates LLC, 2009 ([[Медиа:  Modeling_Fracture_Geometry.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]])
 
* 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 194: Строка 186:
 
* [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.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)