油气行业解决方案(纯方案,44页)18789.pdf

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1、 油气行业解决方案 1 目 录 第一章 引 言.2 第二章 达索 SIMULIA 主要产品线.4 第三章 达索 SIMULIA 油气行业应用.6 31 油气勘探.6 32 油气开采.8 33 油气储运.17 34 石油化工.23 第四章 达索 SIMULIA 油气行业的应用优势.31 41 强大的岩石力学模拟能力.31 42 基于 PowerFLOW 的数字岩心技术.37 43 优化与流程自动化.39 44 3DEXPERIENCE 平台助力智慧油田.43 2 第一章 引 言 石油是世界经济的“血液”，“石油安全”也被多个国家上升到重要的战略高度。目前，石油和天然气在全球能源结构中的比重超过

2、50%。据预测，未来数十年石油和天然气仍将是最主要的能源。世界能源结构演进及预测 现阶段油气行业面临诸多挑战：常规石油勘探开发的地理和地质条件越来越复杂，深水、极地和复杂油气藏产量比例越来越高；从已发现油田的开发和生产形势看，全球 90%的油田进入成熟期，一大批油田产量经历高峰，在不断下降；非常规石油储量增长快于常规石油，而发展非常规资源面临资源品质、技术、环境等难题。全球常规与非常规油气资源比例约 2：8。中国非常规油气形成的地质条件十分优越，致密油、致密气、页岩油、页岩气、煤层气、油页岩、重油沥青及天然气水合物等非常规油气资源储量丰富，初步评价非常规油气可采资源量是常规油气的 3 倍左右。

3、从政策规划角度，国家高度重视和积极推进非常规油气资源的勘探开发利用。页岩/致密油气藏作为一种典型的非常规油气藏，与常规油气藏相比有截然不同的开采方式和流动机理。储层孔隙结构复杂，发育纳微米级孔喉和微米级裂隙系统，孔喉直径非常 3 小，渗透率极低，必须进行压裂才能进行商业化开采；储层基岩中流体运移机制非常复杂,常规只考虑黏性流动的达西方程无法准确描述；同时储层处于复杂地应力等多物理场的共同作用中，随着孔隙压力的下降，岩石骨架承受的有效应力增加，储层基岩孔隙和裂缝发生形变，整个生产过程伴随着强烈的流固耦合现象，导致储层的渗流能力急剧减小，造成产能下降。通过广泛和深入地使用先进的 CAE 仿真手段，

4、为勘探开发这些低品位、非常规油气资源提供指导，降低开采对环境的影响，降低风险，提升经济效益，这对于当前我国的石油行业意义重大。4 第二章 达索 SIMULIA 主要产品线 达索 SIMULIA 是获得全球工业界和学术界广泛赞誉的数值仿真领域的领导者，拥有丰富的产品线。Abaqus最为优秀的通用非线性有限元软件，能够涵盖强度、模态、瞬态冲击、热、热力耦合、多孔介质流固耦合等众多分析功能。全球油气行业多个知名公司：哈里伯顿、埃克森美孚、BP、JP Kenny 等，都将其作为最核心的有限元求解器。Tosca可以对具有任意载荷工况的有限元模型进行拓扑、形状、加强筋布局等优化，同Isight通过可视化搭

5、建仿真流程快速耦合各种仿真软件，将设计流程、优化算法、近似模型组织到一个统一的框架中，实现复杂产品的多学科多目标参数优化。5 时也支持内流场的流道拓扑优化。Fe-safe高级疲劳耐久性分析和信号处理软件，拥有最先进的多轴疲劳分析算法，是世界公认精度最高的疲劳寿命分析软件。Simpack专家级的机电系统运动学、动力学仿真软件。CST行业领先的电磁仿真软件，能够仿真各类电磁问题，典型的应用包括微波、射频、天线、电磁兼容等。Wave6声学 CAE 软件，集有限元、边界元和统计能量法于一体。Xflow/Powerflow基于无网格格子波尔兹曼方法(LBM,Lattice Boltzmann Metho

6、d)，用介观模型来模拟复杂的计算流体动力学问题，具有易于使用、无需网格、并行计算高效、边界条件处理简单、模拟精确等特点。PowerFLOW 特别提供与 BP（英国石油公司）一同开发和验证的 DigitalROCK（数字岩心）技术。3DEXPERIENCE 平台采用新的架构，提供从产品设计，多学科性能仿真分析以及仿真流程构建与仿真数据管理的全面的解决方案，实现仿真领域的多学科优化分析，同时通过设计分析一体化的功能，缩短产品的设计仿真迭代周期，提升产品设计效率。通过底层的仿真流程构建和数据管理，提升企业仿真分析标准化，协同化，也为未来产品性能仿真提供参考。通过 3DEXPERIENCE 仿真平台，

7、用户可以构建全面的企业级仿真体系，提升研发能力。6 第三章 达索 SIMULIA 油气行业应用 无论是上游的勘探、开采，还是下游的石油化工，达索 SIMULIA 提供先进的数值模拟技术已经渗透到油气行业众多重要环节，发挥着不可或缺的价值。随着中东部许多传统油田面临枯竭，我国油气勘探开发已进入“非常规时代”，这也给数值仿真带来了更多挑战。31 油气勘探 三维地应力场建模 地应力研究研究测量技术广泛应用于石油工程的许多领域，已成为油气藏工程、油气勘探、钻井、完井、采油气工程方案设计不可缺少的基础数据。地应力作用形成的储层裂缝、断层及构造，是油气运移、聚集通道和场所之一。在勘探井中，如果能够准确模拟

8、出开发区块的地应力场分布大小，划分出整个区块的张应力区和压应力区（张应力才可能使地层岩石产生拉断形成裂缝发育带，油气运移和聚集均发生在裂缝发育区)，那么根据张应力区，就可以确定出裂缝发育区，为油气勘探井和开发井确定井位时提供准确的位置。运用 Abaqus 软件构建地质力学模型，可以方便地研究地应力分布规律，从而帮助预测油气勘探 油气开采 油气储运 石油化工 钻井 固井 完井 生产 管线 LNG 储罐 地应力场模拟 设备分析设计 地球动力学 储气库 适用性评定 测井解释 产层改造 .焊接模拟 7 油气分布。下图为沈新普教授发展的三维精细地应力场的有限元建模流程图：中国石油勘探开发研究院的张广明博

9、士采用专业地质建模软件 Petrel 建立地质模型，利用自编程序把地质模型转换为有限元模型，导入到有限元软件 Abaqus 中，进行有限元数值模拟，得到了模拟区域的三维应力场分布。结合地质建模软件和有限元软件，实现了 2 类软件的优势互补，建立了求取复杂断块地层应力场分布的流程和方法。研究区块有限元模型（三维渗流应力耦合单元）：地层垂向主应力分布：地球动力学岩石圈断层模拟 断层是浅部地壳中十分常见的一种构造现象。断裂的形成一般是完整岩体在受到外部应 8 力作用下发生破裂，破裂后的断层两盘可以发生不同的相对运动，从而形成正断层、逆断层和走滑断层三种基本类型。断层在后期构造作用下，其形态和运动方式

10、均可以发生改变。断层突发错动是地震发生的基本解释。岩石圈破坏和发展是与温度和压力密切相关的，Karrech利用粘弹塑性损伤力学模型，引入损伤发展与压力的相关性，模拟了一个与压力相关的岩石圈尺度破坏的演化发展过程：32 油气开采 钻进过程 通过合理的简化（忽略循环介质影响）和假设（假设地层为干硬地层），不管是 PDC 钻头还是牙轮钻头，不管是全尺寸钻头模型，还是单个或者多个钻头切削齿，都能利用 Abaqus模拟钻进过程，得到钻头与地层作用的一般规律。9 在钻头破岩模型的基础上，还可以扩展为钻铤-钻头-地层模型，进行钻铤与井壁碰 撞接触分析以及钻铤位移、扭矩分析。地层倾角的存在会导致不同程度的井斜，Abaqus 模拟出的钻井井斜规律已经可以用于纠正钻头的偏移量。钻井工具及设备 Abaqus 能够分析螺杆钻具的推力轴承载荷情况和服役情况，改进其结构设计；能够用于验证和推导连续油管正弦屈曲公式，得到入井初始形态；能够结合现场活塞头断裂情况，改进现有的大井径液压式扩眼器，优选施工作业技术参数；能够对非金属桥塞镶齿卡瓦的锚定过程进行弹塑性有限元分析，优化结构从而避免局部应力集中。钻柱接头和套管的相互作用会造成套管的磨损，基于套管磨损试验机得到的磨损系数，采用 Abaqus 特有的自适应网 格技术能够准确地模拟钻进过程中套管的局部偏磨过程（西南石油大学练章华教授课题组）。