ABAQUS水力压裂模拟专题-Cohesive单元和XFEM方法与技巧精讲

    由于毕业于石油大学，较早就接触了水力压裂/劈裂仿真，这些年也一直关注ABAQUS在这方面的发展，还是挺振奋的，从6.14版本推出考虑渗流的扩展有限元，到2016推出考虑交叉裂缝模拟的Cohesive单元和快速嵌入工具，都极大推动了ABAQUS在水力压裂仿真方面的应用。

这个专题我也讲总结以往多年的水力压裂仿真经验，让大家熟悉并掌握采用Cohesive单元和XFEM方法进行水力压裂模拟的方法和技巧。

课程主要内容如下：

案例1：二维水力压裂模拟（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。

案例2：三维水力压裂模拟（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。

案例3：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。

案例4：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？

案例5：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。

案例6：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。