搜索方案 | 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:互聯網
Hydraulic Fracturing Simulator的任務
水力壓裂是低滲油氣田、煤層氣、頁巖氣開發的核心增產技術,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絡,使油氣能夠通暢流入井中。水力壓裂已經成為頁巖氣開發的革命性增產措施,而且在地熱能開發、煤礦瓦斯抽放等領域也發揮了很大的作用。
為了達到最佳的壓裂效果,需要對水力壓裂進行優化 ,使得改造體達到最佳經濟產量的要求。目前的測量技術,如微地震監測,可以對水力壓裂的效果進行監測,但這僅僅是一種后處理過程,無法進行預測和優化,因此水力壓裂數值模擬是優選儲層改造措施和優化產量的基本手段。 德國Dynardo公司開發Hydraulic Fracturing Simulator是目前唯一可以對三維節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量進行優化與預測的軟件技術。
Hydraulic Fracturing SImulator
唯一基于有限元的全三維水力壓裂模擬技術
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,而且針對地質參數與工程參數的不確定性,基于現場測量數據對模型參數進行反演分析,從而保證輸入參數的有效性和輸出結果的準確性,確保模型可以用于產量預測與優化。
Hydraulic Fracturing Simulator解決方案集成了如下核心技術:
1)ANSYS:世界領先的三維有限元分析軟件,可真實模擬三維地質結構及其力學行為。
2)multiPLas:基于ANSYS開發的巖土非線性本構與算法庫,實現了復雜三維節理巖體的斷裂與擴展分析。
3)流固耦合分析:基于ANSYS開發的各向異性滲流分析與雙向流固耦合技術,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開發的多參數、多目標優化分析軟件,基于MOP技術提供了當今最高效的參數敏感性與優化分析功能,可以基于實測數據對數百個不確定性輸入參數進行快速反演分析,并對壓裂設計與產量進行優化。
參數反演針對某階段壓裂施工的初始地應力條件、灌注流量、井底壓力、瞬時關井壓力、微震監測數據等工程測量數據進行,其目標是確定合理的輸入參數以保證仿真結果與實測數據一致。反演得到的有效預測模型可用于后續工程階段或者同氣藏其他氣井的產量預測與優化。
Hydraulic Fracturing SImulator的水力壓裂分析流程
Hydraulic Fracturing Simulator的優勢與用戶價值
1)Hydraulic Fracturing Simulator是目前唯一基于三維有限元技術的水力壓裂模擬解決方案,可以真實模擬地質結構及其力學行為,并在模型中考慮所有工程參數,包括地質勘探、測井數據、壓裂液參數、壓裂設計參數等。
2)基于先進的力學模型,可以模擬復雜節理網絡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理發育巖體(如頁巖)斷裂機理的水力壓裂解決方案。
壓裂擴展過程裂隙張開度以及節理巖體滲透系數
3)瞬態滲流與應力分析的雙向耦合,真實模擬水力壓裂過程。
4)基于現場實測數據進行參數反演,有效地解決了參數不確定性問題,保證了模型的有效性。
用戶通過Hydraulic Fracturing Simulator的仿真模擬,可以預測改造體和滲透率,對油氣開發進行量化,評估經濟效益與環境影響,并通過優化水力壓裂措施,對改造體和滲透率進行優化,保證經濟產量。
基于微震監測數據(左)與射孔井底壓力(右)進行參數反演(紅色點、線為監測數據)
改造體積發展歷史以及破壞模式,圖形顯示某頁巖氣儲層以節理的剪切破壞為主導模式
Hydraulic Fracture Simulator可用于水力壓裂相關的各個領域,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、工業排污等。
Hydraulic Fracturing Simulator工程應用實例
Hydraulic Fracturing Simulator在美國多個頁巖氣藏中得到了成功應用與驗證。圖示為德克薩斯州巴內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組節理。水力壓裂設計包括5級壓裂,每級的泵注時間為100~200分鐘。
巴內特頁巖氣藏的巖層分布與水力壓裂計算模型
基于小型擠注測試以及第1級壓裂的微震監測數據對近200個物理輸入參數進行反演分析獲得了有效預測模型。
巴內特頁巖氣藏某氣井第一級壓裂計算的改造體
采用該預測模型對同一氣井5級壓裂后以及距離0.5英里外的相鄰氣井(6級壓裂)的產量進行了預測,預測產量與實際產量非常接近。
巴內特頁巖氣藏6個月產氣量對比(百萬立方英尺)
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實際 產氣量 |
Hydraulic Fracturing Simulator預測產氣量 |
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同一氣井 |
24.48 |
25 |
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相鄰氣井 |
25.95 |
27.5 |
基于該預測模型對水力壓裂設計進行了優化,對該井的第一級水力壓裂設計僅僅改進一個參數后,改造體積(代表了產氣量)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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