方案 | Hydraulic Fracturing Simulator 地下資源開采水力壓裂仿真解決方案

2017-10-20 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

Hydraulic Fracturing Simulator的任務(wù)

水力壓裂是低滲油氣田、煤層氣、頁巖氣開發(fā)的核心增產(chǎn)技術(shù),即利用注入地下井的高壓液體壓裂巖體形成連通的滲透裂隙網(wǎng)絡(luò),使油氣能夠通暢流入井中。水力壓裂已經(jīng)成為頁巖氣開發(fā)的革命性增產(chǎn)措施,而且在地熱能開發(fā)、煤礦瓦斯抽放等領(lǐng)域也發(fā)揮了很大的作用。

為了達到最佳的壓裂效果,需要對水力壓裂進行優(yōu)化 ,使得改造體達到最佳經(jīng)濟產(chǎn)量的要求。目前的測量技術(shù),如微地震監(jiān)測,可以對水力壓裂的效果進行監(jiān)測,但這僅僅是一種后處理過程,無法進行預(yù)測和優(yōu)化,因此水力壓裂數(shù)值模擬是優(yōu)選儲層改造措施和優(yōu)化產(chǎn)量的基本手段。德國Dynardo公司開發(fā)Hydraulic Fracturing Simulator是目前唯一可以對三維節(jié)理巖體水力壓裂過程進行仿真模擬并計算改造體,從而對水力壓裂措施和儲層產(chǎn)量進行優(yōu)化與預(yù)測的軟件技術(shù)。

Hydraulic Fracturing SImulator

唯一基于有限元的全三維水力壓裂模擬技術(shù)

Hydraulic Fracturing Simulator水力壓裂解決方案

Hydraulic Fracturing Simulator不僅可以對水力壓裂過程進行模擬,而且針對地質(zhì)參數(shù)與工程參數(shù)的不確定性,基于現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)對模型參數(shù)進行反演分析,從而保證輸入?yún)?shù)的有效性和輸出結(jié)果的準確性,確保模型可以用于產(chǎn)量預(yù)測與優(yōu)化。

Hydraulic Fracturing Simulator解決方案集成了如下核心技術(shù):

1)ANSYS:世界領(lǐng)先的三維有限元分析軟件,可真實模擬三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)及其力學(xué)行為。

2)multiPLas:基于ANSYS開發(fā)的巖土非線性本構(gòu)與算法庫,實現(xiàn)了復(fù)雜三維節(jié)理巖體的斷裂與擴展分析。

3)流固耦合分析:基于ANSYS開發(fā)的各向異性滲流分析與雙向流固耦合技術(shù),考慮滲流與裂隙擴展的交互影響,真實模擬水力壓裂過程。

4)optiSLang:Dynardo開發(fā)的多參數(shù)、多目標優(yōu)化分析軟件,基于MOP技術(shù)提供了當今最高效的參數(shù)敏感性與優(yōu)化分析功能,可以基于實測數(shù)據(jù)對數(shù)百個不確定性輸入?yún)?shù)進行快速反演分析,并對壓裂設(shè)計與產(chǎn)量進行優(yōu)化。

參數(shù)反演針對某階段壓裂施工的初始地應(yīng)力條件、灌注流量、井底壓力、瞬時關(guān)井壓力、微震監(jiān)測數(shù)據(jù)等工程測量數(shù)據(jù)進行,其目標是確定合理的輸入?yún)?shù)以保證仿真結(jié)果與實測數(shù)據(jù)一致。反演得到的有效預(yù)測模型可用于后續(xù)工程階段或者同氣藏其他氣井的產(chǎn)量預(yù)測與優(yōu)化。

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Hydraulic Fracturing SImulator的水力壓裂分析流程

Hydraulic Fracturing Simulator的優(yōu)勢與用戶價值

1)Hydraulic Fracturing Simulator是目前唯一基于三維有限元技術(shù)的水力壓裂模擬解決方案,可以真實模擬地質(zhì)結(jié)構(gòu)及其力學(xué)行為,并在模型中考慮所有工程參數(shù),包括地質(zhì)勘探、測井數(shù)據(jù)、壓裂液參數(shù)、壓裂設(shè)計參數(shù)等。

2)基于先進的力學(xué)模型,可以模擬復(fù)雜節(jié)理網(wǎng)絡(luò)與完整巖體的斷裂破壞,包括空間剪切破壞和拉伸破壞,是目前唯一可以真實反映節(jié)理發(fā)育巖體(如頁巖)斷裂機理的水力壓裂解決方案。

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壓裂擴展過程裂隙張開度以及節(jié)理巖體滲透系數(shù)

3)瞬態(tài)滲流與應(yīng)力分析的雙向耦合,真實模擬水力壓裂過程。

4)基于現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)進行參數(shù)反演,有效地解決了參數(shù)不確定性問題,保證了模型的有效性。

用戶通過Hydraulic Fracturing Simulator的仿真模擬,可以預(yù)測改造體和滲透率,對油氣開發(fā)進行量化,評估經(jīng)濟效益與環(huán)境影響,并通過優(yōu)化水力壓裂措施,對改造體和滲透率進行優(yōu)化,保證經(jīng)濟產(chǎn)量。

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基于微震監(jiān)測數(shù)據(jù)(左)與射孔井底壓力(右)進行參數(shù)反演(紅色點、線為監(jiān)測數(shù)據(jù))

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改造體積發(fā)展歷史以及破壞模式,圖形顯示某頁巖氣儲層以節(jié)理的剪切破壞為主導(dǎo)模式

Hydraulic Fracture Simulator可用于水力壓裂相關(guān)的各個領(lǐng)域,包括頁巖氣、頁巖油、致密氣、煤層氣、石油開采、地熱能、煤礦瓦斯抽放、核廢料處理、工業(yè)排污等。

Hydraulic Fracturing Simulator工程應(yīng)用實例

Hydraulic Fracturing Simulator在美國多個頁巖氣藏中得到了成功應(yīng)用與驗證。圖示為德克薩斯州巴內(nèi)特頁巖氣藏某氣井的水力壓裂計算有限元模型。該氣藏包括7個巖層,每層包含4組節(jié)理。水力壓裂設(shè)計包括5級壓裂,每級的泵注時間為100~200分鐘。