离散裂缝模型 国外英文课件 Discrete_Fracture_Network_(DFN)-1
(完整版)裂缝模型说明
裂缝模型说明1 裂缝模型介绍在钢筋混凝土结构的有限元分析中，常用的裂缝模型有以下几种：1，弥散（分布）裂缝模型；2，离散裂缝模型；3，断裂力学模型。
除此之外，还有其他一些形式的模型。
那么，如何在种类繁多的开裂数学模型中选用合适的模型用于实际结构分析呢，这取决于有限元分析的对象以及需要得出哪些数据。
如果需要获得结构的荷载位移特性曲线，而不需要裂缝的实际分布图形及局部应力状况，那么，就可以选择所谓“弥散裂缝模型”。
如果研究的兴趣在于结构局部特性的细节，那么采用离散裂缝模型更为适合。
对于某些特殊类型的问题，采用基于断裂力学原理的开裂模型也许更为方便。
弥散裂缝模型也被称为分布裂缝模型，其实质是将实际的混凝土裂缝“弥散”到整个单元中，将混凝土材料处理为各向异性树料，利用混凝土的材料本构模型来模拟裂缝的影响。
这样，当混凝土某一单元的应力超过了开裂应力，则只需将材料本构矩阵加以调整，无需改变单元形式或重新划分单元网格，易于有限元程序实现，因此得到了非常广泛的应用。
Baza等提出的钝带裂缝模型则进一步发展了传统的弥散裂缝模型，通过引入裂缝带、断裂能等概念，使弥散裂缝模型和断裂力学相结合，减小了单元尺寸的影响。
现在的大型商用非线性有限元程序包里面基本都集成了弥散裂缝模型，用于模拟混凝土、岩石等材料的开裂。
离散裂缝模型是最早提出的模拟混凝土开裂的裂缝模型，其基本思想是：将裂缝处理为单元边界，一旦出现裂缝就调整节点位置或增加新的节点，并重新划分单元网格，使裂缝处于单元边界与边界之间。
这样，由裂缝引起的非连续性可以很自然的得到描述，裂缝的位置、形状、宽度也可以得到较清晰的表达。
由于离散裂缝模型是使用单元边界来模拟裂缝，因此随着裂缝的发生和发展，需要不断调整单元网格。
这是—项非常复杂的工作，需要消耗大量的计算机时，也是妨碍分离裂缝模型发展的主要原因。
对于一个有着大量裂缝的实际混凝土结构．用网格重划来逐个追踪裂缝几乎是不可能的。
Petrel裂缝建模技术
Petrel 软件篇——裂缝建模Fracture Modeling 对于裂缝的认知可以帮助我们更加充分的了解和预测油藏特征。
根据所建立的精确的裂缝模型，我们可以充分了解相邻网格的空间相关性。
在模型中，每一条裂缝都可以用一个面表示，Petrel 将以离散性数据形式来描述裂缝，并建立“离散裂缝模型”。
在Petrel2007 版本中，Schlumberger 与业内的领军者Golder 联手，共同为油藏裂缝建模打造完美工作流程。
裂缝建模需要多步实现，涉及到油藏描述和模拟的方方面面。
其主要的宗旨是基于地质概念，充分利用基底解释、断层和成像测井的裂缝知识、通过类比野外露头建立的裂缝概念模型、可预测裂缝成因的地震属性等等，并将这些资料转换成裂缝强度等参数，建立三维的裂缝模型。
裂缝建模流程：1．输入数据，a) 质量控制，并且显示由测井资料解释出的裂缝、由成像测井资料得到的倾角和方位角；b) 井点资料，每个属性都可以描述裂缝的类型和质量；c) 产生蝌蚪图，用于显示倾角和方位角；d) 打开一个显示玫瑰图的窗口，将这些井点数据投放在玫瑰图上，估计裂缝的类型；2．如何生成蝌蚪图a) 在Well Section上显示具有裂缝资料的井；b) 右键击一口井，选中 Insert Points/tadpole panel；c) Select fracture values from points.选择裂缝值；d) 点击Apply，观察蝌蚪图；3．数据分析a) 产生新的点属性数据，通过Petrel计算器计算出裂缝相对于地层的倾角；b) 产生裂缝密度曲线；c) 利用玫瑰图中的提供的一些工具给裂缝单元赋值；4．建立裂缝模型a) 构建每个裂缝单元的密度曲线，并离散化；b) 产生描述裂缝发育的属性，这些属性在利用Co-Kriging 建立裂缝密度时可以作为第二变量；5．产生离散的裂缝网络（即裂缝模型）a) 基于裂缝密度属性，随机产生裂缝单元；b) 基于蚂蚁追踪得到的断片，确定性的建立裂缝模型；c) 产生裂缝属性,如裂缝的孔、洞及裂缝传导率；6．粗化DFN的属性a) 运行Scale up fracture metwork properties；b) 选择要粗化的裂缝属性；c) 利用统计学方法或流动方程方法粗化裂缝属性；7．数模a) 运行Define simulation case ,弹出工作对话框；b) 选择模拟器，油藏类型为双孔介质模型；在对话框下的Grid 中就会自动出现基质与裂缝双介质属性。
RMS-fracperm裂缝建模
所有角度均是与正北方向夹角
Grid Curvature 网格曲率
最大主曲率 最小主曲率
最大主曲率方向（裂缝走向）
高的正值和负值都表示较高的弯曲水平
Trend calculation-Stress 应力计算-输入参数
maximum horizontal stress direction
改变位错大小、破裂标准、 不改变应力分布
裂缝渗透率Kx Por
ห้องสมุดไป่ตู้
•裂缝孔隙度
裂缝渗透率Ky
培训主要内容
• 软件整体介绍
1.工作流程 2.数据格式 3.功能界面介绍
• 实际数据操作
1.项目加载 2.趋势计算（重点） 3.趋势数据后处理 4.裂缝组定义 5.渗透率结果参数计算
实际数据操作
• • • • •
项目加载 趋势计算（以曲率计算为主） 趋势数据后处理(趋势密度转换） 裂缝组定义 渗透率结果参数计算
一：直接打开RMS项目Project
•File->Open project
选择模拟方法
选择模拟网格
建议选择同一个网格模型
INTERPRETATION
MODELING
SIMULATION
WELL & COMPLETION
PRODUCTION & PROCESS
Trend calculation：趋势计算
设置裂缝组：
选择设置参数
定义切断概率 1表示100%被别的裂缝切断
创建裂缝组
INTERPRETATION
MODELING
SIMULATION
WELL & COMPLETION
PRODUCTION & PROCESS
Petrel裂缝分析与裂缝建模技术-工程课件-精心整理
Petrel裂缝分析与裂缝建模技术-工程课件-精心整理Petrel 裂缝分析与裂缝建模技术Petrel 裂缝分析与裂缝建模技术1．裂缝型油气藏分布及裂缝认识方法1）低渗油藏的主要特点2）裂缝认识方法：通常我们容易在岩心描述数据中获得厘米级的裂缝数据，在地震断层数据中获得公里级的裂缝数据，在露头数据中获得米级、十米级的裂缝数据。
2．裂缝建模理论基础3．裂缝建模理论难点4．Petrel软件裂缝建模1）裂缝强度曲线生成2）裂缝古构造挠曲度分析3）裂缝与断层距离分析4）开发动态对裂缝发育的认识5）裂缝发育方向分析6）裂缝强度属性模拟7）裂缝强度约束下的DFN模拟8）模型粗化5. 影响裂缝发育的地质因素很多，各种因素互相作用，使裂缝分布难以预测。
一般从三个角度来进行，一是针对构造应力场和曲率，二是用统计地质学预测井间裂缝分布，三是充分利用地震资料预测裂缝的空间分布。
裂缝性储层地质建模技术1、裂缝表征参数描述1）裂缝的倾角频率分布图2）裂缝的间距分布图3）裂缝的方位分布图2、裂缝的测井识别3、裂缝的空间分布预测1）构造恢复法2）有限元法3）光弹模拟实验裂缝建模软件ReFract简介1、目前有哪些裂缝建模技术1）地质力学模拟（Geomechanical Modeling）模拟过程极为复杂。
主要依据是构造恢复。
过分简化了裂缝成因，只考虑构造变形，而忽视了岩性分布、岩石物性、和其他复杂地质现象对裂缝发育的影响。
2）离散裂缝网络（Discrete Fracture Network，DFN）对裂缝的模拟采用离散的方法。
非常依赖井中成像数据。
可以较精确的模拟近井位置的裂缝分布，对远离井位的裂缝描述精度较差。
只能使用地质与地震属性的二维分布图来制约裂缝模型的生成。
因此，只适合有大量成像井的区域，而不适合少井的勘探区域。
3）连续裂缝分布模型（Continuous Fracture Models，CFM）与传统地质建模相同的三维空间网格。
Petrel裂缝分析与裂缝建模技术-工程课件-精心整理
Petrel 裂缝分析与裂缝建模技术Petrel 裂缝分析与裂缝建模技术1．裂缝型油气藏分布及裂缝认识方法1）低渗油藏的主要特点2）裂缝认识方法：通常我们容易在岩心描述数据中获得厘米级的裂缝数据，在地震断层数据中获得公里级的裂缝数据，在露头数据中获得米级、十米级的裂缝数据。
2．裂缝建模理论基础3．裂缝建模理论难点4．Petrel软件裂缝建模1）裂缝强度曲线生成2）裂缝古构造挠曲度分析3）裂缝与断层距离分析4）开发动态对裂缝发育的认识5）裂缝发育方向分析6）裂缝强度属性模拟7）裂缝强度约束下的DFN模拟8）模型粗化5. 影响裂缝发育的地质因素很多，各种因素互相作用，使裂缝分布难以预测。
一般从三个角度来进行，一是针对构造应力场和曲率，二是用统计地质学预测井间裂缝分布，三是充分利用地震资料预测裂缝的空间分布。
裂缝性储层地质建模技术1、裂缝表征参数描述1）裂缝的倾角频率分布图2）裂缝的间距分布图3）裂缝的方位分布图2、裂缝的测井识别3、裂缝的空间分布预测1）构造恢复法2）有限元法3）光弹模拟实验裂缝建模软件ReFract简介1、目前有哪些裂缝建模技术1）地质力学模拟（Geomechanical Modeling）模拟过程极为复杂。
主要依据是构造恢复。
过分简化了裂缝成因，只考虑构造变形，而忽视了岩性分布、岩石物性、和其他复杂地质现象对裂缝发育的影响。
2）离散裂缝网络（Discrete Fracture Network，DFN）对裂缝的模拟采用离散的方法。
非常依赖井中成像数据。
可以较精确的模拟近井位置的裂缝分布，对远离井位的裂缝描述精度较差。
只能使用地质与地震属性的二维分布图来制约裂缝模型的生成。
因此，只适合有大量成像井的区域，而不适合少井的勘探区域。
3）连续裂缝分布模型（Continuous Fracture Models，CFM）与传统地质建模相同的三维空间网格。
裂缝属性分布在整个三维空间，是真正意义上的三维裂缝分布模型。
ABAQUS(Explict)混凝土开裂模型翻译
混凝土开裂模型适用模块：Abaqus/Explicit Abaqus/CAE参考●“Material library: overview,” Section 18.1.1●“Inelastic behavior,” Section 20.1.1●*BRITTLE CRACKING●*BRITTLE FAILURE●*BRITTLE SHEAR●“Defining brittle cracking” in “Defining other mechanical models,” Section 12.9.4 of theAbaqus/CAE User's Manual概述Abaqus/Explicit模块中脆性断裂模型：●提供一种通用模型来模拟包括梁单元、桁架单元、壳单元以及实体单元在内的所有单元形式；●也可以用来模拟诸如陶瓷及脆性岩石的其他材料；●用于模拟受拉开裂占主导地位的材料本构行为；●假设受压行为是线弹性的；●必须与线弹性模型(“Linear elastic behavior,” Section 19.2.1)同时使用，它也定义了材料开裂前的本构行为；●用于模拟脆性行为占主导地位的本构关系是十分准确的，基于此，假设受压行为是线弹性的是合理的；●该模型主要是用于钢筋混凝土结构的分析，同时也适用于素混凝土；●基于脆性失效准则，将失效单元删除；关于失效单元删除的内容详见“A cracking model for concrete and other brittle materials,” Section 4.5.3 of the Abaqus Theory Manual.关于ABAQUS中可用混凝土本构模型的相关讨论参见“Inelastic behavior,” Section 20.1.1。
钢筋ABAQUS中，混凝土结构中的钢筋是通过指定Rebar单元实现的。
Rebar单元是一维应变理论单元（杆单元），既可以单独定义，也可以镶嵌在有向曲面上。
工程有限元分析英文课件：Mesh Division (网格划分)
General Procedure of Finite Element Method
In structure analysis, the nodal degrees of freedom called nodal - displacement parameters (节点位移参量), normally refer to the displacements at each node.
(xi , yi ), (x j , y j ) and (xm , ym ) . 10
General Procedure of Finite Element Method
( um, vm )
(ui, vi )
( u, v )
(uj , vj)
For a 2 - D triangular element, there are two
General Procedure of Finite Element Method
Substituting
the
nodal
coordinates
into
u 1 2x 3 y
v
4
5
x
6
y
one
after the other, we have
ui 1 2 xi 3 yi u j 1 2 x j 3 y j
(1)The continuum is divided into two- or three- dimensional (二维 或三维) finite elements, which are separated by straight or curved lines (直线或曲线) (two-dimensional) or by flat or curved surfaces (平面或曲面) (three-dimensional).
课件：第5讲 金属的断裂(断裂力学中格雷菲斯模型简介、断裂理论的应用)
理论应力集中系数
（Theoretical Stress-concentration factor）
理论应力集中系数
K t max nominal
无限大平板圆孔周围的应力分布情况：
格雷菲斯理论
当此值达到（1-44）时，裂纹开始扩展，
一般裂纹： 裂纹很尖：来自1cE s
4aa 0
2
1
c
E s
Eq.(1-50)
平面应变状态（厚板缺口拉伸）
平面应变状态： z （0 厚板 z） 0，弹性变形
• 裂纹扩展的临界应力：
1
c
2E s (1 2 )a
2
Eq.(1-51)
• 临界裂纹长度：
ac
2E s (1 2 )
Eq.(1-52)
2
应力集中（Stress Concentration）
• 含有裂纹的平板在弹性变形范围内应力分布如下图所示
常数
常数
系统失稳的临界条件
(Ue
W)/a
( 2a2
E
4a s )
/
a
0
Eq.(1-48)
(Ue W)
被微分的函数 是一条下凹函数曲线
极大值条件 教材中图 1-35
裂纹扩展的临界应力（Griffith公式）
1
c
2E s a
2
Eq.(1-49)
临界裂纹长度（Griffith公式）
ac
2E s 2
《断裂力学》中著名的Griffith模型
平面应力状态： z 0 （薄板），弹性变形
产生2c（2a）裂纹所释放的弹性能：
Ue
2a2
E
Eq.(1-46)
产生2c（2a）裂纹所需要的表面能：
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Discrete Fracture Network (DFN) Model
Marcellus – DFN (5 Cluster)
Marcellus Payne – DFN (5 Cluster) (Top View)
Discrete Fracture Network (DFN) Model
Marcellus Shale (Ex. 1) – Microseismic
Marcellus Shale – Ex. 1 (Single Cluster)
Байду номын сангаас
Discrete Fracture Network (DFN) Model
Marcellus Shale – Ex. 1
Discrete Fracture Network (DFN) Model
Marcellus Shale – Ex. 1
Discrete Fracture Network (DFN) Model
Marcellus Shale – Ex. 1
Discrete Fracture Network (DFN) Model
Production Model for DFN
Discrete Fracture Network (DFN) Model
Discrete Fracture Network (DFN) Model
Mass Conservation Equations
Discrete Fracture Network (DFN) Model
Momentum Equations – Principle Axes
Laminar Flow
Discrete Fracture Network (DFN) Model
Momentum Equations – Principle Axes
Laminar Flow
Turbulent Flow
Discrete Fracture Network (DFN) Model
Interaction Factors – DFN
Discrete Fracture Network (DFN) Model
Multiple Transverse Fractures – Interference
Conclusions
• DFN may occur if Secondary Fractures Open • DFN vs. a Conventional Bi-Wing Fracture • DFN Fracture Length is Shorter • Stimulated Reservoir Volume is Greater • Proppant Distribution can be much different • Micro-seismic mapping may verify DFN • Production behavior may infer DFN
Complex Fracture Scenarios
(SPE 114173) (SPE 119890)
(SPE 115769) Discrete Fracture Network (DFN) Model
Proppant Transport Scenarios
Discrete Fracture Network (DFN) Model
Fluid Loss Stiffness
Flow Rate
Discrete Fracture Network (DFN) Model
Elastic Interaction Factor
Discrete Fracture Network (DFN) Model
Net Pressure Ratio for Multiple Fractures
Discrete Fracture Network (DFN) Model
Proppant Distribution
Primary Fracture
Secondary Fractures
Dominant
Uniform
Discrete Fracture Network (DFN) Model
Discrete Fracture Types
• principle planes • x-z plane • spacing; dx,dy,dz • self-similar • saturated • saturated • unsaturated • interaction • aperture ratio • interaction • principle planes • spacing; dx,dy,dz • saturated • unsaturated • • continuum/discontinuous • interaction
Discrete Fracture Network (DFN) Model
Governing Equations – Principle Axes
Continuity Equation
Mass Conservation
Momentum Conservation Width-Opening Pressure
Vertical Axis Horizontal Fractures (x-y plane)
Discrete Fracture Network Model
Major Assumptions
Dominant or primary fracture Secondary fractures • initiate when • principle planes (propagate perpendicular to minimum stress) • discrete (saturated or unsaturated) Ignore interfacial joint dilatancy Include fracture interaction Stimulated Reservoir Volume - Ellipsoidal
(SPE 115769)
Discrete Fracture Network Model
Major Axis Vertical Fractures (x-z plane)
Minor Axis Vertical Fractures (y-z plane)
Discrete Fracture Network (DFN) Model