Three-dimensional simulation of the fracture system distribution in formation rock based on fractal method

• Autorzy: Li W. , Zhao H. , Liu M. , Li S. , Sun W. , Wang L.

Identyfikatory

DOI

10.24425/122456

Warianty tytułu

PL

Trójwymiarowe symulacje rozkładu spękań w skałach z wykorzystaniem metody fraktali

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

During exploitation process of fractured reservoir, the complex distribution of natural fracture system may lead to a series of accidents, such as sand plug and multi fracture extension in hydraulic fracturing operation. Considering the difficulties of numerical analysis on formation rock mass fracture system distribution, three-dimensional geometry model of a single fracture formation is proposed in this paper, and fractal geometry method is introduced to build the three-dimensional fractal description model of formation fracture system distribution. On this basis, the effects of fractal parameters on natural fracture porosity, permeability and other properties are analyzed. The results show that: First, the number and propagation of natural fracture are controlled by the fractal dimension, the number of groups and the initial quantity. Second, the fractal dimension of natural fracture distribution has an obvious effect on natural fracture porosity and permeability. Third, porosity and permeability of natural fracture distribution both experience exponential growth as fractal dimension increases. Fourth, when the fractal dimension remains constant, the porosity and permeability of natural fractures both increase with the fracture scale.

PL

W trakcie eksploatacji złoża zalęgającego w spękanych warstwach i pokładach złożony system naturalnych spękań prowadzić może do licznych incydentów, np. powstawania zatorów piaskowych lub nadmiernego rozszerzenia spękań w trakcie szczelinowania hydraulicznego. Z uwagi na trudności związane z analizą numeryczną rozkładu spękań skał macierzystych, w pracy zaproponowano trójwymiarowy model geometryczny pojedynczego pęknięcia z wykorzystaniem metod geometrii fraktalnej do opracowania trójwymiarowego modelu opisującego powstawanie układu spękań i ich rozkład. Na tej podstawie przeanalizowano wpływ parametrów fraktalnych na naturalną porowatość pękniętych skał, ich przepuszczalność oraz pozostałe właściwości. Wyniki badań wskazują że, po pierwsze, liczba i tempo propagacji naturalnych spękań uzależnione są od wymiarów fraktalnych, liczby grup i wielkości początkowej. Po drugie, wymiary fraktalne naturalnego systemu spękań skał mają zdecydowany wpływ na porowatość i przepuszczalność. Po trzecie, porowatość i przepuszczalność naturalnych systemów pęknięć wykazują wzrost w miarę wzrastania wymiarów fraktalnych. Po czwarte, gdy wymiary fraktalne pozostają niezmienne, zarówno porowatość i przepuszczalność naturalnych spękań rosną wraz ze skalą fraktali.

Słowa kluczowe

EN

hydraulic fracturing; fractal dimension; natural fracture; fracturing fracture; numerical simulation

PL

szczelinowanie hydrauliczne; wymiary fraktali; naturalne spękania; spękania powstałe wskutek szczelinowania; symulacje numeryczne

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Archives of Mining Sciences
• Rocznik: 2018
• Tom: Vol. 63, no. 2
• Strony: 425--436
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., fot., rys., wykr.

Twórcy

autor

Li W.

• Northeast Petroleum University

autor

Zhao H.

• Northeast Petroleum University

autor

Liu M.

• Daqing Oilfield Production Technology Institute

autor

Li S.

• Northeast Petroleum University

autor

Sun W.

• Northeast Petroleum University

autor

Wang L.

• No. 2 Oil Production Plant, Petrochina Daqing Oilfield Company

Bibliografia

• [1] Chen M., Zhou J., Jin Y. et al., 2008. Experimental study on fracturing features in naturally fractured reservoir. Acta Petrolei Sinica 29, 3, 431-433.
• [2] Feng Z.C., Zhao Y.S., Wen Z.M., 2005. Study on 3D fractal distribution law of the surface number in rock mass. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering 24, 4, 601-608.
• [3] Hart R., Cundall P.A., Lemos J., 1988. Formulation of a three-dimensional distinct element model – Part II. Mechanical calculations for motion and interaction of a system composed of many polyhedral blocks. International Journal of Rock Mechanics and Mining Science & Geomechanics Abstracts 25, 16, 339-362.
• [4] Jin Y., Chen M., Zhang X.D., 2006. Hydraulic fracturing initiation pressure models for directional wells in naturally fractured formation. Acta Petrolei Sinica 27, 6, 124-126.
• [5] Jin Y., Zhang X.D., Chen M., 2005. Initiation pressure models for hydraulic fracturing of vertical wells in naturally fractured formation. Acta Petrolei Sinica 26, 6, 113-118.
• [6] Kassis S., Phillips C., Sondergeld C.H., 2010. Fracture permeability of gas shale: effects of roughness, fracture offset proppant, and effective stress. SPE 131376.
• [7] King G.E., 2010. Thirty years of gas shale fracturing:what have we learned. SPE 133456.
• [8] Li Y.X., Xiao S.M., 2000. Relationship between reservoir in-situ and fractured fractures. Special Oil & Gas Reservoirs 7, 3, 26-30. Peacock D.C.P., Mann A., 2005. Controls on fracturing in carbonate rocks. SPE 92980, 1-6.
• [9] Reugel J.L., Pater C.J., Sato K., 2000. Experimental hydraulic fracturing propagation in multi-fracturing medium. SPE 59419.
• [10] Rickman R., Mullen M., Petre E. et al., 2008. A practical use of shale petrophysics for stimulation design optimization: all shale plays are not clones of the barnett shale. SPE 115258.
• [11] Sondergeld C.H., Newsham K.E., Comisky J.T. et al., 2010. Petrophysical considerations in evaluating and producing shale gas resources. SPE 131768.
• [12] Yao F., Chen M., Wu X.D., Zhang G.Q., 2008. Physical simulation of hydraulic fracture propagation in naturally fractured formations. Oil Drilling & Production Technology 30, 3, 83-86.
• [13] Wolfsberg A., 1997. Rock Fractures and Fluid Flow: Contemporary Understanding and Applications[J]. Eos Transactions American Geophysical Union, 78 (49), 569-569.
• [14] Zhao Y.S., Wen Z.M., Feng Z.C., 2005. Three-dimensional fractal distribution emulation and technique of the crack face number in rock mass. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering 24, 6, 994-998.
• [15] Zhou W.Y., Yang R.Q., Yin J.M. et al., 1997. Three dimensional joint network in rock mass using self-adjusted method and engineering application. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering 16, 1, 29-35.

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018)