ИСТИНА

Проектом предусмотрено моделирование на супер-ЭВМ процессов распространения трещины гидроразрыва и газового разрыва в пористой среде с учетом вытекания флюида из трещины в пористую среду и влияния неоднородности прочностных характеристик пористой среды и ее напряженно- деформированного состояния. В 2016 году на основе полученных физических и математических моделей распространения трещины гидроразрыва в упругой пористой среде, разработан симулятор моделирования вертикального ГРП, распространяющегося от вертикального ствола скважины. Вычислительное моделирование продвижения трещины гидроразрыва основано на модели критического значения коэффициента интенсивности растягивающих напряжений, а также с использованием альтернативной модели накопления повреждений в упруго-вязко-пластической пористой среде с учетом ее неоднородности. Моделирование фильтрации жидкости гидроразрыва в трещине происходит с учетом потерь через проницаемые стенки в пласт.

The project includes supercomputer simulation of hydraulic and gas fracture propagation in a porous medium taking into account fluid flow from the fracture’s walls into the rock formation and the effect of heterogeneity of the strength characteristics of a porous medium and its stress-strain state. In 2016, based on the physical and mathematical models of fracture propagation in an elastic porous medium, a simulation of vertical fracturing is developed. The computational modeling of the hydraulic fracture propagation is based on the model of critical value of stress intensity factor for tensile stresses, as well as using an alternative model of accumulation of damages in an elastoviscoplastic porous medium with allowance for its heterogeneity. Modeling of hydraulic fracturing fluid in a fracture takes into account losses through permeable walls into the layer.

Моделирование на супер-ЭВМ процессов распространения гидроразрыва и газового разрыва в пористой среде с учетом вытекания флюида из трещины в пористую среду и влияния неоднородности прочностных характеристик пористой среды и ее напряженно деформированного состояния. Задачи этапа 2016 года: 1. Разработка физической и математической модели распространения трещины гидроразрыва в упругой пористой среде. Разработка критериев разрушения. 2. Разработка симулятора моделирования вертикального ГРП, распространяющегося от вертикального ствола скважины. 3. Расчет геометрии распространения трещины в плане и по высоте при известном поле внутренних напряжений в пласте. 4. Моделирование фильтрации жидкости гидроразрыва в трещине с учетом потерь через проницаемые стенки в пласт. 5. Определение скорости роста трещины во времени в зависимости от заданного давления или расхода жидкости гидроразрыва, ее свойств, проницаемости и пористости коллектора, поля внутренних напряжений.

Цели проекта, поставленные на отчетный период, выполнены полностью. 1. Разработаны физическая и математическая модели распространения трещины гидроразрыва в упругой пористой среде. Разработаны критерии разрушения [1,2]. 2. Разработан симулятор моделирования вертикального ГРП, распространяющегося от вертикального ствола скважины. Вычислительное моделирование продвижения трещины гидроразрыва, основано на модели накопления повреждений в упруго-вязко-пластической пористой среде с учетом ее неоднородности. Задача решалась численно на лагранжевой сетке, движущейся и деформирующейся вместе с материалом, конечно-разностным методом типа Уилкинса [1, 2, 5]. 3. Рассчитана геометрия распространения трещины в плане и по высоте при известном поле внутренних напряжений в пласте. 4. Произведено моделирование фильтрации жидкости гидроразрыва в трещине с учетом потерь через проницаемые стенки в пласт. Построена модель роста трещины гидроразрыва, с учетом утечки жидкости гидроразрыва в породу, проведено сравнение поведения трещины в зависимости от различных параметров, в частности выявлены немонотонные зависимости длины трещины от вязкости закачиваемой жидкости, а также от скорости закачки . 5. Определена скорость роста трещины во времени в зависимости от заданного давления или расхода жидкости гидроразрыва, ее свойств, проницаемости и пористости коллектора, поля внутренних напряжений .

За отчетный период получены следующие важные научные результаты: 1. Результаты исследования распространения трещины гидроразрыва в упругой среде и ее взаимодействия с природным разломом позволяют сделать следующие выводы: 1) рост трещины происходит в направлении максимального напряжения 2) трещина может «проткнуть» разлом и продолжить распространение в первоначальном направлении при больших углах наклона разлома 3) трещина может изменить направление и продолжить рост в направлении разлома при малых углах его наклона. 4) трещина может изменить направление при встрече с разломом, а затем восстановить первоначальное. 5) при распространении трещина «отталкивается» от нагнетающей скважины и «притягивается» к добывающей. 6) распространение трещины носит пульсирующий характер с последовательными остановками и бросками вперед [1]. 2. С целью параметрического исследования задачи была проведена серия численных экспериментов по формированию трещины гидроразрыва в стесненных условиях, моделирующих всестороннее горное давление. Вариации определяющих параметров модели показали, что для поставленной задачи ведущую роль играет изменение второго параметра повреждаемости α (сдвиговых повреждений), изменение же первого параметра ω (рост пор) почти не влияет на решение задачи. Это можно объяснить преобладанием влияния сдвиговых деформаций, характеризующихся параметром α. Вторая серия вычислений показывает сильную зависимость решения от упругих констант: чем меньше упругие модули (то есть материал «слабее»), тем быстрее («легче») происходит создание трещины [1,2]. 3. Было проведено численное моделирование процесса роста трещины гидроразрыва с учетом утечки жидкости в окружающую породу. Полученные результаты показали, что на раскрытие трещины вязкость влияет монотонно, поскольку и уменьшение сопротивления, и увеличение утечки уменьшают раскрытие трещины. Длина трещины в различные моменты времени немонотонно зависит от вязкости: сначала она возрастает с понижением вязкости, а затем возрастает до определённого значение, после чего начинает убывать. Раскрытие трещины монотонно зависит от скорости закачки, то есть чем медленнее мы закачиваем один и тот же объём жидкости в скважину, тем уже получается трещина гидроразрыва. Длина трещины, в отличии от раскрытия, зависит от скорости закачки немонотонно. Таким образом при заданном объёме закачиваемой жидкости гидроразрыва и прочих параметрах можно, подбирая скорость закачки, добиться наибольшей длины трещины [3]. 4. Создан самостоятельно работающий симулятор для задач распространения трещины вертикального гидроразрыва от вертикальной скважины. 5. Создан блок вывода и визуализации результатов моделирования. 6. Составлено описание симулятора – инструкция пользователя. Междисциплинарность результатов состоит в получении их из решения совместных задач фильтрации и напряженно-деформированного состояния и разрушения пористой среды в рамках многоскоростной модели взаимопроникающих континуумов. 1. Бетелин В.Б., Смирнов Н.Н. О проблеме импортонезависимости в нефтегазовой отрасли. Вычислительное моделирование активных воздействий на нефтяные пласты. Математика и информационные технологии в нефтегазовом комплексе. - Сургут, Сургутнефтегаз, 2017. - С. 8-45. 2. Смирнов Н.Н., Киселев А.Б., Никитин В.Ф., Звягин А.В., Смирнова М.Н., Тюренкова В.В. Предсказательное моделирование процессов создания трещин гидравлического и газового разрыва и последующего введения их в эксплуатацию. - Пути реализации нефтегазового потенциала Ханты- Мансийского автономного округа. Т. 1. – Югры: Издательский центр СурГУ, 2017. - 22 с. 3. Пестов Д.А., Смирнов Н.Н., Акулич А.В., Тюренкова В.В. Математическое моделирование задачи распространения трещины гидроразрыва // Вестник кибернетики. - 2017. - №1 (25). - С. 88-93. В отличие от существующих симуляторов предлагаемая версия основана на учете решения совместных задач фильтрации и расчета напряженно-деформированного состояния и разрушения пористой среды в рамках многоскоростной модели взаимопроникающих континуумов. Симулятор будет приспособлен к проведению расчетов на многопроцессорных супер-ЭВМ.