油井水力压裂流-固耦合非线性有限元数值模拟

doi:10.7623/syxb200901024

石油学报 ›› 2009, Vol. 30 ›› Issue (1): 113-116.DOI: 10.7623/syxb200901024

油井水力压裂流-固耦合非线性有限元数值模拟

张广明¹, 刘合^1,2, 张劲³, 彪仿俊¹, 吴恒安¹, 王秀喜¹

1. 中国科学技术大学近代力学系, 安徽合肥, 230026;
2. 中国石油大庆油田有限责任公司, 黑龙江大庆, 163453;
3. 中国石油大学石油天然气工程学院, 北京, 102249

收稿日期:2008-04-01 修回日期:2008-06-09 出版日期:2008-11-25 发布日期:2010-05-21
作者简介:张广明,男,1980年5月生,2004年毕业于东北大学秦皇岛分校,现为中国科学技术大学近代力学系博士研究生,主要从事石油工程数值模拟研究.E-mail:zhgming@mail.ustc.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金项目(No.10632080)资助

Simulation of hydraulic fracturing of oil well based on fluid-solid coupling equation and non-linear finite element

ZHANG Guangming¹, LIU He^1,2, ZHANG Jin³, BIAO Fangjun¹, WU Heng'an¹, WANG Xiuxi¹

1. Department of Modern Mechanics, University of Science and Technology of China, Hefei 230026, China;
2. PetroChina Daqing Oilfield Company Limited, Daqing 163453, China;
3. Faculty of Petroleum Engineering, China University of Petroleum, Beijing 102249, China

Received:2008-04-01 Revised:2008-06-09 Online:2008-11-25 Published:2010-05-21

摘要/Abstract

摘要：

基于多孔介质流-固耦合的控制方程,推导了相应的非线性增量有限元列式,并采用以节点位移和孔隙压力为自由度的黏结单元来模拟水力损伤造成的预设裂缝的起裂和扩展,在此基础上建立了油井水力压裂的有限元模型。在该模型中考虑了压裂液的黏性系数和支撑剂的体积浓度随时间变化,所有参数均采用现场压裂的数据。通过数值模拟,得到了缝口压力、射孔孔眼摩阻、沿程摩阻、井筒内液柱静水压力和地面井口压力随压裂时间的变化规律,并给出了"压裂作业三条线",模拟得到的"压裂作业三条线"与现场压裂实测结果吻合良好。

关键词: 水力压裂, 多孔介质, 流-固耦合方程, 压裂液, 非线性有限元, 数值模拟

Abstract:

A set of non-linear finite element formulae with incremental form was derived on the basis of the fluid-solid coupling equations of porous fluid diffusion and deformation. The pore pressure cohesive elements were used to simulate the initiation and propagation of hydraulic pre-defined fractures resulted from hydraulic loading. A finite element model was proposed for hydraulic fracturing of oil well.Both the viscosity of fracturing fluid and volume concentration of proppant varied with time in the model. All of the simulation parameters are from data of oil wells. Some parameters including pressure at the fracture mouth, perforation friction, string friction, hydrostatic pressure of fluid column in well bore and wellhead pressure have changed with fracture time. The presented "curves of stimulation treatment history" are in good coincidence with those obtained from the field measurements.

Key words: hydraulic fracturing, porous medium, fluid-solid coupling equation, fracturing fluid, non-linear finite element model, numerical simulation

中图分类号:

TE357.11

张广明, 刘合, 张劲, 彪仿俊, 吴恒安, 王秀喜. 油井水力压裂流-固耦合非线性有限元数值模拟[J]. 石油学报, 2009, 30(1): 113-116.

ZHANG Guangming, LIU He, ZHANG Jin, BIAO Fangjun, WU Heng'an, WANG Xiuxi. Simulation of hydraulic fracturing of oil well based on fluid-solid coupling equation and non-linear finite element[J]. ACTA PETROLEI SINICA, 2009, 30(1): 113-116.

[1]	李祯, 郭奇, 卜亚辉, 胡慧芳. 基于深度学习的饱和度场样本库建立及预测[J]. 石油学报, 2024, 45(4): 698-707.
[2]	刘永革, 李果, 贾伟, 白雅洁, 侯健, Clarke M A, 徐鸿志, 赵二猛, 纪云开, 陈立涛, 郭天魁, 贺甲元, 张乐. 储层改造对Ⅰ类天然气水合物藏降压开发效果的影响规律[J]. 石油学报, 2024, 45(2): 412-426,460.
[3]	王瀚, 苏玉亮, 王文东, 李冠群, 张琪. 基于格子Boltzmann方法的页岩纳米多孔介质流体流动模拟[J]. 石油学报, 2023, 44(3): 534-544.
[4]	苏现波, 王乾, 于世耀, 赵伟仲, 王小明, 毕彩芹, 陈明, 王一兵, 孙长彦, 伏海蛟, 邹成龙, 张双斌, 黄津, 谢相军. 基于低负碳减排的深部煤系气一体化开发技术路径[J]. 石油学报, 2023, 44(11): 1931-1948.
[5]	王强, 赵金洲, 胡永全, 赵超能, 张祯祥. 岩心尺度静态自发渗吸的数值模拟[J]. 石油学报, 2022, 43(6): 860-870.
[6]	唐慧莹, 梁海鹏, 张烈辉, 覃建华, 李扬, 张景. 砾岩储层水力裂缝扩展形态及影响因素[J]. 石油学报, 2022, 43(6): 871-884.
[7]	吴林, 朱明, 冯兴强, 冀冬生, 周磊, 刘圣鑫, 张林炎, 谭元隆, 钱竹良, 杨珍. 准噶尔盆地四棵树凹陷构造应力场与构造变形解析[J]. 石油学报, 2022, 43(4): 494-506.
[8]	许林, 刘书杰, 许明标, 冯桓榰, 邢希金, 邓佳佳. 压差激活密封剂的微缺陷自适应修复行为及机理[J]. 石油学报, 2021, 42(5): 686-694.
[9]	邹玮, 余一欣, 刘金水, 蒋一鸣, 唐贤君, 陈石, 余浪. 东海盆地西湖凹陷中央反转构造带发育主控因素及宁波背斜形成过程[J]. 石油学报, 2021, 42(2): 176-185.
[10]	何骁, 吴建发, 雍锐, 赵圣贤, 周小金, 张洞君, 张德良, 钟成旭. 四川盆地长宁—威远区块海相页岩气田成藏条件及勘探开发关键技术[J]. 石油学报, 2021, 42(2): 259-272.
[11]	卢海龙, 尚世龙, 陈雪君, 秦绪文, 古利娟, 邱海峻. 天然气水合物开发数值模拟器研究进展及发展趋势[J]. 石油学报, 2021, 42(11): 1516-1530.
[12]	祝效华, 罗云旭, 刘伟吉, 高锐, 贾玉丹, 刘呈君. 等离子体电脉冲钻井破岩机理的电击穿实验与数值模拟方法[J]. 石油学报, 2020, 41(9): 1146-1162.
[13]	李文婧, 姜源, 单保东, 禹晓珊, 王超. 盐穴储气库注采运行时温效应对腔体稳定性的影响[J]. 石油学报, 2020, 41(6): 762-776.
[14]	窦晓峰, 宁伏龙, 李彦龙, 刘昌岭, 孙嘉鑫, 李杨, 李晓东, 赵颖杰, 张凌, 刘乐乐. 基于连续-离散介质耦合的水合物储层出砂数值模拟[J]. 石油学报, 2020, 41(5): 629-642.
[15]	蒲春生, 郑恒, 杨兆平, 高振东. 水平井分段体积压裂复杂裂缝形成机制研究现状与发展趋势[J]. 石油学报, 2020, 41(12): 1734-1743.

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Simulation of hydraulic fracturing of oil well based on fluid-solid coupling equation and non-linear finite element

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