26-29 октября 2010 года, Красноярск

Есипов Д.В.  

Моделирование многозонным методом граничных элементов процесса инициации гидроразрыва при наличии развитой трещины

Одной из наиболее широко применяемых технологий повышения нефтеотдачи является гидравлический разрыв нефтеносного пласта, который производится с помощью закачивания в скважину суспензии из жидкости (воды с растворенными полимерами) и твердых частиц (песка) под большим давлением. В результате гидроразрыва возникают трещина в нефтеносном пласте, которая заполняется жидкостью с частицами. После утечки жидкости в породу трещина закрывается и плотная упаковка из попавших в трещину частиц образуют высокопроницаемый канал для фильтрации нефти или газа из пласта в скважину. Проводимость получившейся трещины существенно зависит от ее положения, формы и распределения вдоль нее твердых частиц. Положение и направление начального развития трещины гидроразрыва целиком определяются формой зародышевой трещины и напряженно-деформированным состоянием породы в ее окрестности.

Математическое моделирование процесса инициации трещины необходимо для оптимизации технологии проведения гидроразрыва. Особую роль при этом приобретает моделирование напряженно-деформированного состояния, в котором требуется разрешение внешней задачи упругости с трещинами, границы которой частично находятся на бесконечности и частично вырождены. Применение широко известных методов конечных разностей и конечных элементов становится при этом неэффективным из-за необходимости аппроксимации объема вплоть до удаленной границы большим количеством элементов. Также в этих методах возникают сложности при аппроксимации кончика трещины из-за того, что напряжения при приближении к кончику трещины стремятся к бесконечности.

В данной работе разработан многозонный метод граничных элементов, который автоматически удовлетворяет граничным условиям на бесконечности и аппроксимация удаленной границы не требуется. Применением специальных разрывных граничных элементов решается проблема кончика трещины. После решения известных тестовых задач проведено моделирование процесса инициации гидроразрыва.

Трещины гидроразрыва создаются последовательно, однако уже созданные трещины локально (в своих окрестностях) повышают напряжения в породе, что затрудняет создание дополнительных трещин. Для оценки влияния уже существующей трещины на процесс инициации новой трещины гидроразрыва, рассматриваются скважина с перфорацией и развитая трещина, помещенные в преднапряженную породу. Внутри развитой трещины задается давление распирания, внутри скважины и перфорации поднимается давление до тех пор пока в породе не появятся зоны разрушения - области, где выполнен критерий разрушения. В качестве такого критерия используется превышение критического напряжения на разрыв породы. Зоны разрушения полностью задают начальную конфигурацию трещины гидроразрыва.

В зависимости от взаимного расположения развитой трещины, перфорации и главных напряжений в породе получено критическое давление жидкости, при котором стартует процесс гидроразрыва. Определены положение, начальные размеры зародышевой трещины и направление ее развития в породе.


К списку докладов