基于XFEM簡單的水力壓裂模擬

2017-03-13 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

水力壓裂就是利用地面高壓泵,通過井筒向油層擠注具有較高粘度的壓裂液。當(dāng)注入壓裂液的速度超過油層的吸收能力時(shí),則在井底油層上形成很高的壓力,當(dāng)這種壓力超過井底附近油層巖石的破裂壓力時(shí),油層將被壓開并產(chǎn)生裂縫。這時(shí),繼續(xù)不停地向油層擠注壓裂液,裂縫就會繼續(xù)向油層內(nèi)部擴(kuò)張。為了保持壓開的裂縫處于張開狀態(tài),接著向油層擠入帶有支撐劑的攜砂液,攜砂液進(jìn)入裂縫之后,一方面可以使裂縫繼續(xù)向前延伸,另一方面可以支撐已經(jīng)壓開的裂縫,使其不致于閉合。再接著注入頂替液,將井筒的攜砂液全部頂替進(jìn)入裂縫,用石英砂將裂縫支撐起來。最后,注入的高粘度壓裂液會自動降解排出井筒之外,在油層中留下一條或多條長、寬、高不等的裂縫,使油層與井筒之間建立起一條新的流體通道。壓裂之后,油氣井的產(chǎn)量一般會大幅度增長。

當(dāng)然水力壓裂是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的施工工藝,要完全簡化其工況需要考慮很多因素,比如壓裂液濾失,以及流固耦合等,在此,不做過多介紹,本文只對水力劈裂巖石這一簡單機(jī)理,基于擴(kuò)展有限元進(jìn)行模擬計(jì)算。

基于XFEM定義裂紋擴(kuò)展面,隨著裂紋擴(kuò)展,通過在裂紋面上加載壓力來模擬水力壓裂過程中巖石裂縫內(nèi)的壓裂液的靜壓力。

模擬參數(shù):