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?zé)崮荛_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(dá)到最佳的壓裂效果,需要對(duì)水力壓裂進(jìn)行優(yōu)化 ,使得改造體達(dá)到最佳經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量的要求。目前的測(cè)量技術(shù),如微地震監(jiān)測(cè),可以對(duì)水力壓裂的效果進(jìn)行監(jiān)測(cè),但這僅僅是一種后處理過程,無法進(jìn)行預(yù)測(cè)和優(yōu)化,因此水力壓裂數(shù)值模擬是優(yōu)選儲(chǔ)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(duì)三維節(jié)理巖體水力壓裂過程進(jìn)行仿真模擬并計(jì)算改造體,從而對(duì)水力壓裂措施和儲(chǔ)層產(chǎn)量進(jìn)行優(yōu)化與預(yù)測(cè)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(duì)水力壓裂過程進(jìn)行模擬,而且針對(duì)地質(zhì)參數(shù)與工程參數(shù)的不確定性,基于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)模型參數(shù)進(jìn)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(zhǔn)確性,確保模型可以用于產(chǎn)量預(yù)測(cè)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(shí)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(shí)現(xiàn)了復(fù)雜三維節(jié)理巖體的斷裂與擴(kuò)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(kuò)展的交互影響,真實(shí)模擬水力壓裂過程。

4)optiSLang:Dynardo開發(fā)的多參數(shù)、多目標(biāo)優(yōu)化分析軟件,基于MOP技術(shù)提供了當(dāng)今最高效的參數(shù)敏感性與優(yōu)化分析功能,可以基于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)數(shù)百個(gè)不確定性輸入?yún)?shù)進(jìn)行快速反演分析,并對(duì)壓裂設(shè)計(jì)與產(chǎn)量進(jìn)行優(yōu)化。

參數(shù)反演針對(duì)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(shí)關(guān)井壓力、微震監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等工程測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行,其目標(biāo)是確定合理的輸入?yún)?shù)以保證仿真結(jié)果與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)一致。反演得到的有效預(yù)測(cè)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(cè)與優(yōu)化。

Hydraulic Fracturing SImulator的水力壓裂分析流程

Hydraulic Fracturing Simulator的優(yōu)勢(shì)與用戶價(jià)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(shí)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(cè)井?dāng)?shù)據(jù)、壓裂液參數(shù)、壓裂設(shè)計(jì)參數(shù)等。

2)基于先進(jìn)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(shí)反映節(jié)理發(fā)育巖體(如頁巖)斷裂機(jī)理的水力壓裂解決方案。

壓裂擴(kuò)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(shí)模擬水力壓裂過程。

4)基于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)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(cè)改造體和滲透率,對(duì)油氣開發(fā)進(jìn)行量化,評(píng)估經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境影響,并通過優(yōu)化水力壓裂措施,對(duì)改造體和滲透率進(jìn)行優(yōu)化,保證經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量。

基于微震監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)(左)與射孔井底壓力(右)進(jìn)行參數(shù)反演(紅色點(diǎn)、線為監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù))

改造體積發(fā)展歷史以及破壞模式,圖形顯示某頁巖氣儲(chǔ)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(gè)領(lǐng)域,包括頁巖氣、頁巖油、致密氣、煤層氣、石油開采、地?zé)崮?、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(shí)例

Hydraulic Fracturing Simulator在美國多個(gè)頁巖氣藏中得到了成功應(yīng)用與驗(yàn)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(jì)算有限元模型。該氣藏包括7個(gè)巖層,每層包含4組節(jié)理。水力壓裂設(shè)計(jì)包括5級(jí)壓裂,每級(jí)的泵注時(shí)間為100~200分鐘。

巴內(nèi)特頁巖氣藏的巖層分布與水力壓裂計(jì)算模型

基于小型擠注測(cè)試以及第1級(jí)壓裂的微震監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)近200個(gè)物理輸入?yún)?shù)進(jìn)行反演分析獲得了有效預(yù)測(cè)模型。

巴內(nèi)特頁巖氣藏某氣井第一級(jí)壓裂計(jì)算的改造體

采用該預(yù)測(cè)模型對(duì)同一氣井5級(jí)壓裂后以及距離0.5英里外的相鄰氣井(6級(jí)壓裂)的產(chǎn)量進(jìn)行了預(yù)測(cè),預(yù)測(cè)產(chǎn)量與實(shí)際產(chǎn)量非常接近。

巴內(nèi)特頁巖氣藏6個(gè)月產(chǎn)氣量對(duì)比(百萬立方英尺)

基于該預(yù)測(cè)模型對(duì)水力壓裂設(shè)計(jì)進(jìn)行了優(yōu)化,對(duì)該井的第一級(jí)水力壓裂設(shè)計(jì)僅僅改進(jìn)一個(gè)參數(shù)后,改造體積(代表了產(chǎn)氣量)就提高了25%,由24.2′106立方英尺提高到了30.2′106立方英尺。

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