RFPA并行分析系统助力中石油工程技术研究院石油勘探开发研究

近日,大连力软科技有限公司最新推出的RFPA并行分析系统成功助力中国石油工程技术研究院石油勘探开发研究。受中国石油工程技术研究院固井研究所(天津)委托,大连力软科技有限公司承建的“石油勘探固井研究数值试验工作站”于2009年5月20构建成功并正式启用。该数值试验工作站在石油勘探开发领域首次成功构建,标志着RFPA并行分析系统将助力石油勘探开发领域的研究工作。为推动我国石油勘探开发技术研究的发展做出贡献。

图1:为中石油工程技术研究院与固井研究所

      同时,也标志着计算机模拟正在成为科学和工程许多领域内解决问题的主流方法,与理论分析、实验研究一起成为科学研究的三大支柱之一,基于模拟的工程和科学已经成为国家的核心竞争力。

图2:为工作站服务器端(左)和客户端(右)

整体解决方案:

       根据中国石油工程技术研究院固井研究所的需求情况,力软提出了包括硬件、软件和技术服务在内的整体解决方案,建立“石油勘探固井研究数值试验工作站”。

       系统硬件:数值试验工作站硬件系统采用联想万全R630 G7服务器和联想启天M6900工作站客户端。服务器配置4*Inter Xeon六核E7450(2.4GHz)CPU,24GB内存,580GB硬盘,集成Inter双口千兆网卡;客户端配置Inter Core 2 Duo E8400(3.0GHz)CPU,2G内存,320GB硬盘,集成千兆网卡,22寸液晶显示器。该硬件配置24个CPU和24GB内存,单个CPU具有1GB的使用内存,保证其高性能;配置千兆网卡保证数据高速传输。
      系统软件:数值试验工作站服务器端操作系统采用RedHat Enterprise Linux AS4.0,使其具有良好的稳定性和安全性;客户端操作系统采用Windows XP,使其具有方便简捷的操作性。

      应用软件:数值试验工作站采用力软公司研发的“真实破裂过程分析并行系统(RFPA-Parallel)” 作为核心并行计算分析软件。RFPA并行分析系统采用MPICH和FORTRAN编制基于Linux操作系统的有限元并行计算程序,采用C++编制基于Windows的前后处理客户端程序,前处理数据和后处理数据通过安全数据传输协议SSH传输交换,从而是数据传输高速、安全、可靠;最新的RFPA并行系统实现了三维条件下流-固-热多场耦合并行计算模拟分析,且并行计算突破2000万自由度以上量级有限计算。为石油勘探固井研究中大规模多场耦合数值试验提供有力保障。

图3:力软科技技术工程师与中石油工程师们

测试算例:
测试算例名称:“三维水压致裂过程并行计算分析”

数值模型(Z向自重,X、Y方向位移约束)

计算模拟结果:

Z方向上不同高程处的压裂模式(水压分布)

Z方向上不同高程处的压裂模式(最大主应力分布)


最终压裂模式的三方向透视(声发射图)


胜利油田滩坝砂油藏可压性研究

      由大连理工大学、大连力软科技有限公司以下简称力软共同负责的项目滩坝砂油藏可压性研究顺利通过由胜利油田组织的结题答辩,标志着RFPA家族可成功应用于石油开采领域,为页岩油储层的水力压裂工程设计与施工提供了更为有效的解决方案。

      胜利油田滩坝砂油藏未动用储量9850万吨,埋深多在3000米以下,储层具有横向非均质强,泥砂交错分布,水平连通性差,纵向砂-泥互层跨度大,层多层薄的特点。特别是由于泥岩的可压性差,无法实现有效改造,难以实现有效沟通。针对此技术难点,力软基于RFPA软件系统平台,建立了符合储层特征的数值模型,开展了多种工况条件下的数值模拟实验,并对水力压裂的机理进行了深入研究,为水力压裂设计及现场施工提供了可靠指导,该项目成果得到胜利油田项目委托方的一致好评。

双阶压裂裂缝起裂延伸规律数值模拟研究

      受中国石油天然气股份有限公司勘探开发研究院廊坊分院委托,大连力软科技有限公司根据其提出的要求,就“双阶压裂裂缝起裂延伸规律数值模拟”项目为其提供技术服务。

      砂砾岩储层由于油藏埋藏深、储层性质显著非均匀化、油层厚度大、存在微裂缝等特点,给压裂设计和施工优化带来很大困难。研究岩石水力压裂,不但有利于我们清楚地认识岩石水压致裂过程,分析渗流、应力耦合作用的产生机制,而且在石油开采、地应力测量、岩石断裂韧度分析等领域都具有广泛的应用前景,是许多工程学科都必须面临的前沿课题。

       因此,力软应用RFPA真实破裂过程分析系统通过数值仿真方法对双裂纹模型水力压裂数值模拟进行研究,揭示了砂砾岩储层裂纹扩展的机理和规律,为砂砾岩储层的压裂设计和施工提供参考和指导。

具体服务内容包括以下几个方面:

(1)单裂缝水力压裂条件下岩体内部应力转向及裂缝延伸研究;

a. 水力裂缝诱导引起应力场变化情况

b. 暂堵条件下裂缝转向情况模拟

(2)双裂缝条件下岩体内部应力转向及裂缝延伸研究;

a. 模型尺度对模拟结果的影响

b. 水力裂缝诱导引起应力场变化情况

c. 大型物理模拟实验结果模拟

d. 双裂缝条件下裂缝延伸影响因素分析研究:

地应力差值、裂缝长度、裂缝间隔、暂堵材料等

(3)模拟结果综合分析及现场工艺参数优化

 下面以“地应力差值对水压至裂裂纹扩展的影响”为例,当裂纹内施加水头6000m,单步增量为100m时,若数值模拟设计与参数如表1中所示。


最小主应力分布演化图


复杂条件下裂缝起裂延伸数值仿真系统

      受中国石油天然气股份有限公司勘探开发研究院廊坊分院委托,大连力软科技有限公司根据其提出的要求,为其科研项目“复杂条件下裂缝起裂延伸数值模拟研究”提供技术服务。

      由于材料本身孔隙结构的非均匀性,使得孔隙水压作用下的破裂过程十分复杂。研究岩石水力压裂,不但有利于我们清楚地认识岩石水压致裂过程,分析渗流、应力耦合作用的产生机制,而且在石油开采、地应力测量、岩石断裂韧度分析等领域都具有广泛的应用前景,是许多工程学科都必须面临的前沿课题。

      力软科技基于RFPA破裂过程分析方法,对复杂条件下裂缝起裂延伸和扩展规律进行数值模拟研究,并结合水压致裂经典理论及案例,研发水压致裂数值试验系统,建立与工程实验室大型物模配套的数值实验室。具体包括了以下几方面内容:

      通过建立岩石破坏数值模拟方法,开展复杂条件下裂缝起裂延伸模拟研究,探索形成复杂缝网的形成条件及裂缝延伸规律,为水力压裂设计及现场施工提供指导,并为复杂缝网水力压裂模拟软件的开发提供借鉴。

     (1)地应力差值对水力压裂裂缝起裂延伸的影响研究;

            ① 地应力差值对起裂压力及起裂位置的影响;

            ② 地应力差值对裂缝扩展状态的影响;

     (2)天然裂缝对水力压裂裂缝起裂延伸的影响研究;

            ① 人工裂缝与天然裂缝夹角的影响;

            ② 天然裂缝尺寸的影响;

            ③ 裂缝条数的影响;

            ④ 随机裂缝的影响

            ⑤ 网状裂缝的影响

     (3)岩石的脆塑性对水力压裂裂缝起裂延伸的影响研究

            ① 岩石脆塑性的影响;

            ② 岩石脆塑性与天然裂缝综合影响;

     (4)岩石的层理对水力压裂裂缝起裂延伸的影响研究;

            ① 层理参数的设定技术;

            ② 张开型及填充型层理的影响;

     (5)其它复杂条件下的水力压裂裂缝起裂延伸模拟;

            ① 暂堵材料对裂缝起裂延伸的影响;

            ② 定向射孔对裂缝起裂延伸的影响;

            ③ 井间应力干扰对裂缝起裂延伸的影响;

            ④ 分簇射孔对裂缝起裂延伸的影响; 

     (6)3D条件下的水力压裂裂缝起裂延伸探索研究;

            ① 3D模拟的可行性及方法建立;

            ② 3D网状裂缝/层理条件下裂缝起裂延伸状态;

     (7)复杂条件下裂缝起裂延伸的探索性研究

            ① 层内爆炸压裂数值模拟研究;

            ② 声发射数值模拟及其与物理模拟对比分析研究;

     (8)计算结果综合分析研究

            ① 形成复杂缝网的条件分析;

            ② 复杂裂缝形态的分形描述;


直观的参数化输入界面

应力云图

位移矢量图

应力曲线图表