ABAQUS水力压裂模拟|XFEM和Cohesive方法
by 星辰北极星
关键字：单缝、多缝、交叉缝、体积缝、转向缝、缝间干扰、储隔层
水力压裂，对于石油工程的朋友并不陌生，它是石油开采和增产的重要手段；也广泛应用于地热开采、地基处理等领域。由于毕业于石油大学，所以有很多机会接触这方面的问题，也关注着ABAQUS在压裂领域的应用。这个专题将分享自己在水力压裂仿真中的一些积累，希望大家喜欢。
【主要内容】
一、课程概述
二、仿真要点介绍
2.1 ABAQUS水力压裂模拟常用仿真方法
2.2 地应力平衡分析（Geostatic）
2.3 渗流-位移耦合分析（Soils）
2.4 材料与单位制讲解
2.5 特殊的输出需求与定义
2.6 交叉裂缝处理
三、实例讲解
3.1 基于Cohesive单元的二维水力压裂模拟
3.2 基于Cohesive单元的三维水力压裂模拟
3.3 水力裂缝与天然裂缝相交模拟-Cohesive单元法
3.4 裂缝发育地层的水力压裂模拟-Cohesive单元法
3.5 基于XFEM的水力裂缝转向模拟
3.6 基于XFEM的水平井多段压裂裂缝的缝间干扰问题研究
视频地址：https://i.xue.taobao.com/detail.htm?spm=a2174.7765247.0.0.OHNzvF&courseId=89321
【二维水力压裂模拟（Cohesive）】
通过这个简单的案例讲述采用Cohesive单元模拟水力压裂的基本技巧，让大家掌握注液、停泵憋压等基本设置，以及前后处理的一些技巧。
【三维水力压裂模拟（Cohesive）】
三维模型计算量较大，但可以模拟储隔层压裂过程中，水力裂缝限制在储层中扩展的形态，当然，下图中的裂缝形态主要受储隔层的材料性质和地应力状态影响；不合适的地层条件将导致水力裂缝窜层现象的发生。
【水力裂缝与天然裂缝相交模拟】
本例中采用Cohesive单元模拟水力裂缝交叉，并可通过该模型分析不同地应力情况下水力裂缝遇到天然裂缝后的扩展轨迹。应力差较小时，易促使天然裂缝张开；应力差较大时，水力裂缝可穿过天然裂缝。
【裂缝发育地层的水力压裂模拟】
在前面三个案例的基础上，进行裂缝发育地层条件下的复杂缝网模拟，可以形成体积缝网的压裂效果；仿真的难点在于全局嵌入零厚度Cohesive单元层，本例采用POLARIS_InsertCohElem插件实现。这个效果图是不是可以给您提供无限的遐想空间？
【水力裂缝转向模拟（XFEM）】
扩展有限元方法（XFEM）进行水力压裂模拟的最大优势在于：可以用于预测裂缝转向的轨迹。不依赖于网格边界的裂缝，得到的裂缝扩展形态也更加逼真。
【多段压裂缝间干扰问题】
目前配合水平井开采石油天然气的重要技术就是分段压裂，而不同压裂缝之间的干扰问题直接影响压裂设计方案，甚至井眼轨迹的设计；如下图所示，第一段压裂缝是上下对称的，而后续压裂缝的一端受到抑制，无法形成对称缝网。
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