ABAQUS水力压裂模拟-XEFM-COHESIVE-交叉缝-复杂缝-转向缝-体积缝
abaqus裂纹模拟问题汇总
关键字：crack，裂纹，断裂，cohesive，XFEM这个问题不大好总结，比较复杂，我能想到什么就说些什么吧，这个任务已经托了很长时间了，抱歉！有新的想法我会更新。
求解断裂问题有两种方法（途径）：一种是基于经典断裂力学的模型；一种是基于损伤力学的模型。
俩者不是一个概念，断裂力学模型就是基于线弹性断裂力学及其基础上发展的弹塑性断裂力学等；损伤力学模型是指基于损伤力学发展而来的方法，单元在达到失效的条件后，刚度不断折减，并可能达到完全失效，最后形成断裂带。
这两个模型是为解决不同的问题而提出来的，当然他们所处理的问题也有交叉的地方。
如果不考虑裂纹的扩展，abaqus可采用seam型裂纹来分析(也可以不建seam，如notch型裂纹)，这个就是基于断裂力学的方法，大家可以参考敦诚版主做的这个例子（一个简单的裂纹模拟例子：/thread-858322-1-1.html），这种方法可以计算裂纹的应力强度因子，J积分及T-应力等，详细情况可以参考下这个帖子：/thread-821531-1-1.html考虑模拟裂纹扩展，目前abaqus有两种技术：一种是基于debond的技术（包括VCCT）；一种是基于cohesive技术。
debond即节点松绑，或者称为节点释放，当满足一定得释放条件后（COD等，目前abaqus提供了5种断裂准则），节点释放即裂纹扩展，采用这种方法时也可以计算出围线积分。
cohesive有人把它译为粘聚区模型，或带屈曲模型，多用于模拟film、裂纹扩展及复合材料层间开裂等，详细情况可参看yaooay的这个帖子，总结的相当不错！/thread-853029-1-1.html除VCCT（虚拟裂纹闭合技术）和低周疲劳判据外，其他debond技术只能适用于二维模型，所以应用范围受到很大的限制。
VCCT是基于线弹性断裂力学的应变能释放率判据，适用于模拟脆性断裂扩展，且只能沿着事先确定的扩展面扩展，分析前需指定初始裂纹（缺陷），详细信息请查看分析手册11.4.3。
水力压裂拟三维模型数值求解新方法
水力压裂拟三维模型数值求解新方法申颍浩;葛洪魁;程远方;夏雨梅;李娜;杨柳【摘要】水力压裂裂缝垂向不对称延伸的拟三维模型比较复杂,需要多重迭代,循环耦合,仅依靠增加迭代运算的层数,不仅运算量过大,过程迭代甚至可能出现发散.对此,将控制缝高的方程组变换为超越方程,引入Steffensen加速收敛求解缝高,大大提高了收敛速度,避免了常规算法中缝高求解的反复试算.此外,裂缝内压力在靠近尖端时急剧下降,整体加密缝长方向上的计算步长程序复杂度大大提高.采用变步长的龙格库塔方法求解压降控制方程,使得计算步长随着压裂液流动的摩阻大小自动调整,不仅降低了程序复杂度,而且步长疏密度还可以直观展示压裂液流动的沿程摩阻变化趋势.运算结果证明,新的计算思路降低了压裂裂缝拟三维模型数值求解的复杂度,有一定的理论研究价值.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2014(014)026【总页数】5页(P219-223)【关键词】水力压裂;拟三维;变步长;龙格库塔【作者】申颍浩;葛洪魁;程远方;夏雨梅;李娜;杨柳【作者单位】中国石油大学(北京)非常规天然气研究院,北京102249;中国石油大学(北京)非常规天然气研究院,北京102249;中国石油大学(华东)石油工程学院,青岛266580;大庆油田化工集团东昊油气处理分公司,大庆163453;中海油研究总院,北京102249;中国石油大学(北京)非常规天然气研究院,北京102249【正文语种】中文【中图分类】TE357.1近几年，压裂技术获得了极大的发展，已经从常规的单井压裂发展到开采页岩气、致密气藏的水平井多级压裂;裂缝形态也从单一的双翼裂缝变成形态更加复杂的T型缝、缝网等。
水力裂缝形态的数值计算依然是水力压裂领域的研究重点和核心［1—3］。
国内，以张士诚、赵金洲、陈勉等学者为代表，相对系统的研究了裂缝力学扩展机理和裂缝延伸数值模拟。
薛炳、马新仿、胡永全、任书泉、郭建春等学者在三维裂缝的扩展方面进行了大量的研究工作。
利用ABAQUS模拟裂纹ppt课件
• 有限元是将实际情况和 理论联系起来最有效的 工具之一。
目的：通过对各种软件和技术的分析和实验找出适合于模 拟热障涂层裂纹的软件和技术
Chen X. Surface & Coatings Technology, 2006, 200: 3418-3427.
模拟裂纹 开裂和扩 展
实例：
结果：
开裂前：
开裂后：
特点:
• 不一定要设置预置裂纹 • 裂纹可沿任意路径扩展 • 不能输出裂纹扩展过程中的能量释放率
结论
由于热障涂层的裂纹大部分是脆 性裂纹，研究中能量释放率是一个重 要的参考指标，同时考虑操作过程难 易情况，因此选择abaqus中的debond技 术来模拟CMAS对热障涂层中裂纹的 扩展的影响。
韧M）
模
2.基于牵引分离规则的损伤力学
型
（damage base traction-separation laws）
abaqus 技术
1.debond 2.cohesive element 3.collapes element 4.XFEM
1. debond
abaqus简介
• abaqus能提供从热障涂层建模到有限元计 算这整个过程所需的软件支持
• abaqus最擅长于动态非线性分析 • abaqus操作简单，使用方便
理论 LEFM Damage
技术方法 debond
cohesive element
collapse element
XFEM
应用类型
脆性断裂
基于abaqus模拟热障涂层裂纹的 技术与方法
时 间：2012年11月27日
提纲
abaqus帮助文档水力压裂例子inp文件解释10.1.5-副本（53）
abaqus帮助文档水力压裂例子inp文件解释10.1.5-副本（53）预览说明:预览图片所展示的格式为文档的源格式展示,下载源文件没有水印,内容可编辑和复制**约束底面单元u3=0*Amplitude, name=volumerate振幅，名称=volumerate0.0,0.0, 200.0,-1.0**时间或频率，幅值1；时间或频率，幅值2**STEP ----------------------------------------------------------------**** STEP: Step-1***Step, name=Step-1, nlgeom=YES, unsymm=YESNlgeom选择ON表示计算中加入几何非线性。
材料力学和弹性力学的一项基本假设是材料的位移与应变关系是线性的,且应变为小量,即几何关系是线性的,属于小变形问题。
UNSYMM:设置UNSYMM=YES表明使用非对称矩阵存储求解。
设置=NO表明使用对称矩阵存储求解。
该参数的默认值依赖于模型和求解序列*Geostatic**初始应力平衡**** LOADS加载**** Name: Load-1 Type: Pressure名称：Load-1 类型：Pressure*Dsload_PickedSurf260, P, 42000.**顶面施加42000的垂向压力：表面名，分布载荷类型标签，参考载荷大小** Name: Load-2 Type: Body force名称：Load-2 类型：Body force（体力）*Dload_PickedSet8, BZ, -20.**所有单元施加向下的分布力20** Name: Load-3 Type: Pressure*Dsloadwell_bore, PNU, 1.**井筒上的分布载荷，user-defined？井眼，PNU,1***Boundary,user**边界，在子程序disp中定义**_PickedSet5, 8, 8, 1TOP, 8, 8, 1**顶面所有点，8,8——孔隙压力（或静水压），变量大小BOT, 8, 8, 1**底面所有点**。
2.水力压裂压裂裂缝的开启和形成过程模拟
– 这个临界值成为抗拉强度, 这是岩石特征属性
• 剪切破坏
– 当剪应力沿着某个面且足够大，会引起剪切 破坏
– 最终，在缺省区域中沿着破坏面，这个面的 两边将会在摩擦过程中相对移动
剪应力
注入压裂液(孔隙压力增大)
有效正应力 有效应力= 总应力 – 孔隙压力
多级人工裂缝
使用 BB 模型
添加 BB 模型
*HYDROFRAC IJK 1:31 3 3:20 02 1:31 9 3:20 02 1:31 15 3:20 02 1:31 21 3:20 02 *MAGNIFYDJ 1E3 *DISPLACTOL 5.E-02
有限元 （地质力学网格）
连续法 保持连续
离散法 可以分离
裂缝渗透率
BB模拟计算
裂缝宽度计算
裂缝宽度
×
√
裂缝长度
×
√
裂缝高度
×
√
应力及有限元概念
有效应力
• 有效应力是指总应力引起的岩石本身所承受应力，有效应力等于总应力减去
有效孔隙压力
’
p
’
p
孔隙压力、有效应力和总应力
σ = σ’ + αP
• σ是指总应力 • σ’是指有效应力 • α是指Biot系数用于描述流固耦
两个模型的地质力学裂缝宽度对比– Layer 15
未使用 BB 模型
使用 BB 模型
单一裂缝
两个模型的渗透率I与裂缝渗透率I区域对比
未使用 BB 模型
使用 BB 模型
单一裂缝
两个模型的地质力学网格裂缝间距比对– Layer 15
L
L+a
径向井辅助水力压裂引导裂缝扩展数值模拟
径向井辅助水力压裂引导裂缝扩展数值模拟刘晓强;曲占庆;郭天魁;田启忠;吕玮【摘要】径向井辅助水力压裂引导裂缝扩展是一项新兴的油气增产技术,已在低渗透油田中进行了先导性应用.为明确不同因素对径向井引导裂缝扩展的影响,利用ABAQUS扩展有限元法建立了径向井辅助水力压裂模型,采用导向因子作为评价指标对各影响因素进行分析,并通过物理模拟实验进行了验证.结果表明:径向井对裂缝的扩展起到一定的引导作用,裂缝首先沿径向井方向起裂并扩展,然后逐渐向最大主应力方向偏转;径向井方位角、水平地应力差和压裂液排量是影响径向井引导裂缝扩展的3个主要因素;径向井方位角小于45°,水平地应力差小于6 MPa时,径向井具有明显的引导裂缝扩展效果;径向井对裂缝扩展的有效引导需要满足一定的排量,排量太小会导致裂缝过早向最大主应力方向偏转;杨氏模量和压裂液黏度主要影响裂缝长度和宽度,泊松比的变化对引导裂缝扩展影响不大;物理模拟实验和数值模拟结果得到的径向井引导裂缝扩展形态趋于一致,证明了数值模型的准确性.该研究为径向井辅助水力压裂技术的发展提供了技术支撑.【期刊名称】《特种油气藏》【年(卷),期】2018(025)005【总页数】7页(P156-162)【关键词】径向井;水力压裂;裂缝扩展;流-固耦合;ABAQUS扩展有限元法【作者】刘晓强;曲占庆;郭天魁;田启忠;吕玮【作者单位】中国石油大学(华东),山东青岛 266580;中国石油大学(华东),山东青岛266580;中国石油大学(华东),山东青岛 266580;中国石化胜利油田分公司,山东东营257000;中国石化胜利油田分公司,山东东营 257000【正文语种】中文【中图分类】TE9280 引言径向井辅助水力压裂引导裂缝扩展是近年发展起来的一项新的油气增产技术，已在中国部分低渗透油气田中进行了先导性应用[1-3]。
目前，部分学者对径向井辅助水力压裂引导裂缝扩展进行了初步探讨。
Abaqus教程之cohesive单元损伤模拟可修改文字
位移U2-时间曲线
支反力RF2-时间曲线
分析载荷位移曲线（基于能量准则且施加位移刚好等于cohesive完全损伤时的张开距离）
支反力RF2-位移U2曲线
Stress2-位移U2曲线
从Stress2与位移U2中发现，当达到100MPa时开始损伤，cohesive张开达到1e-5mm时， cohesive单元完全失效，此时的SDEG=1，此时的cohesive不能再承受力将被删除掉， 这个与我们开始的预期是完全一致的。
abaqus中 cohesive模型 的建立及设置
下面我们将给出abaqus不同模块下的实例设置步骤，方便快速理解和学习 Part模块：
Property模块：
Assembly模块：
Step模块：
Load模块：
Mesh模块：
下面结合实例全 面解读cohesive
分析载荷位移曲线（基于能量准则且施加位移刚好等于cohesive完全损伤时的张开距离）
对模型进行网格划分，我们既然是验证，
那么我们就要采用单个cohesive单元进行 分析，因为我们只需要对平板模型进行
切分，然后在中间那层插入cohesive单元 即可，每个边都布置一个种子，这样上下
两层实体单元就分别划分成了一个实体
单元，然后在中间插入一层0厚度的 cohesive单元（采用0厚度cohesive单元 更容易观察cohesive张开位移的变化），
Cohesive element理论
abaqus6.14在线帮助文档 http://ivt-abaqusdoc.ivt.ntnu.no:2080/v6.14/books/usb/default.htm
cohesive element是基于损伤力学理论，自己去帮助文档补充相关基础知识
(完整版)ABAQUS中Cohesive单元建模方法讲解
复合材料模型建模与分析1. Cohesive单元建模方法1。
1 几何模型使用内聚力模型(cohesive zone）模拟裂纹的产生和扩展，需要在预计产生裂纹的区域加入cohesive 层。
建立cohesive层的方法主要有：方法一、建立完整的结构（如图1（a)所示）,然后在上面切割出一个薄层来模拟cohesive单元，用这种方法建立的cohesive单元与其他单元公用节点,并以此传递力和位移.方法二、分别建立cohesive层和其他结构部件的实体模型，通过“tie”绑定约束,使得cohesive单元两侧的单元位移和应力协调，如图1（b)所示。
（a）cohesive单元与其他单元公用节点 (b）独立的网格通过“tie"绑定图1.建模方法上述两种方法都可以用来模拟复合材料的分层失效，第一种方法划分网格比较复杂；第二种方法赋材料属性简单，划分网格也方便，但是装配及“tie"很繁琐;因此在实际建模中我们应根据实际结构选取较简单的方法。
1.2 材料属性应用cohesive单元模拟复合材料失效，包括两种模型：一种是基于traction-separation描述；另一种是基于连续体描述。
其中基于traction-separation描述的方法应用更加广泛.而在基于traction—separation描述的方法中，最常用的本构模型为图2所示的双线性本构模型。
它给出了材料达到强度极限前的线弹性段和材料达到强度极限后的刚度线性降低软化阶段. 注意图中纵坐标为应力，而横坐标为位移,因此线弹性段的斜率代表的实际是cohesive单元的刚度。
曲线下的面积即为材料断裂时的能量释放率。
因此在定义cohesive的力学性能时,实际就是要确定上述本构模型的具体形状：包括刚度、极限强度、以及临界断裂能量释放率,或者最终失效时单元的位移。
常用的定义方法是给定上述参数中的前三项，也就确定了cohesive的本构模型。
abaqus油井的水力压裂
油井的水力压裂该示例说明了使用孔隙压力内聚元模拟油井钻孔附近水力诱发裂缝的产生和开启。
使用本节中介绍的技术，您可以评估水力压裂过程对井筒生产率的定量影响。
问题描述水力压裂工艺通常用于石油和天然气储层的生产中，作为提高油井生产率和延长储层使用寿命的一种手段。
水力压裂治疗的目标是创造更多暴露于含烃岩石的表面积，以及提供高传导性的途径，使碳氢化合物容易流到井筒。
水力压裂的油井或气井的生产率直接与裂缝的程度以及井眼与裂缝的连接程度有关。
一些岩层包含自然裂缝系统，只要所产生的水力裂缝可以增长并与这些自然裂缝相交，就可以进一步提高油井的生产率。
水力压裂作业包括在非常高的压力下将流体泵入井中，以便在井眼表面上产生的牵引力降低岩石中的原地（压缩）应力，从而使岩石破裂。
一旦在岩层中引发裂缝，在有足够的液压油的情况下，有可能将裂缝传播相当长的距离，有时甚至达到一百米或更长。
执行断裂作业是一项复杂的操作。
在大多数情况下，在压裂作业期间将泵送几种不同类型的流体（阶段）。
抽水阶段初始阶段通常涉及泵送少量的含聚合物的流体，通常为1–20桶（0.15至3.2立方米），以便可以收集有关压裂地层所需压力和流体速率的数据。
从裂缝“泄漏”到岩石的孔隙中。
收集的数据用于计划作业的后续阶段。
这项工作的主要阶段可能包括从一百桶到几千桶的液压油。
该阶段的大小由目标裂缝大小，泄漏率和泵的容量（速率）确定。
在压裂作业的下一个阶段，将称为支撑剂的固体材料添加到注入的流体中，并带入压裂体积中。
在压裂作业的每个阶段，将化学药品（通常是聚合物）添加到流体中，以在流体中产生必要的特性（粘度，渗漏，密度）。
在工作的最后阶段，将化学药品泵入裂缝中，这有助于分解先前阶段中使用的聚合物，并使流体更容易流过裂缝而又不会破坏支撑剂材料。
几何模型在此示例中考虑的问题的范围是一个50 m（1969英寸）厚的含油岩石圆形切片，并模拟了井眼孔。
该域的直径为400 m（15,748英寸）。
Abaqus裂纹模拟心得（ContourIntegral不是XFEM）
Abaqus裂纹模拟⼼得（ContourIntegral不是XFEM）Abaqus裂纹模拟⼼得（Contour Integral不是XFEM）最近由于项⽬需要，做了⼀些裂纹相关的模拟，在此把⼀些⼼得体会贴到论坛上与⼤家分享，如有不当之处，欢迎⼤家指正！本帖主要侧重于介绍裂纹定义过程中各个选项的意义，具体的操作过程论坛⾥已经有⾼⼿做了很好的教程，⾄于断裂⼒学理论推荐⼤家看⼀下沈成康写的《断裂⼒学》⼀书。
裂纹的定义和输出需要⽤到interaction模块和step模块：⼀、Interaction模块1.1 预制裂纹（步骤：菜单/special/crack/assign seam）注意：并不是作裂纹分析都要定义seam，如果你的裂纹不是⼀条缝，⽽是⼀个缺⼝，则不需要assign seam，直接⾛下⼀步（定义裂纹）就⾏。
1.2 创建裂纹（步骤：菜单/special/crack/create，type：contour integral）—crack front：crack front是⽤来定义第⼀围线积分的区域，2D下我们可以选择包围裂尖点的⾯，3D则选择包围裂尖线的⾯；另外还有⼀种定义crack front的⽅法，就是直接选择裂尖点（2D）或裂尖线3D），⽤这个⽅法定义crack front不需要再定义下⼀步的crack tip/line，⽐较简便，两种⽅法算出的结果没有明显的差别，其实只是影响积分路线的问题，但是J 积分值是路径⽆关的，看个⼈喜好吧—crack tip/line：这个⽐较好理解就是裂尖点（2D）或线（3D），如果我们在上⼀步中⽤⽅法⼆定义crack front，这⼀步就直接跳过了—crack extension direction（定义裂纹扩展⽅向）：这⾥定义的其实是⼀个虚拟的裂纹扩展⽅向，定义了这个参考⽅向后，我们才能通过输出的⾓度判断裂纹扩展⽅向，可以通过两种⽅法：o q vector：输⼊⼀个⽅向，⽤来作为计算裂纹的扩展⽅向的参考⽅向；o normal to crack plane：crack plane表⽰裂纹的对称⾯（当裂纹在⼀个平⾯内时，可能需要分开定义多个裂纹），这种⽅法下我们只需定义裂纹⾯的法线⽅向，通过（t表⽰裂纹尖端的切线）, 会在每个节点得出⼀个q⽅向（如下图）；o 注意：q的⽅向对输出的应⼒强度因⼦，J积分等都会有影响，⼀般情况下，q最好在裂纹平⾯内，且垂直于裂尖线的切线，否则算出的应⼒强度因⼦，J积分值等等在不同围线积分中会差别较⼤。
基于ABAQUS的三维水力压裂裂缝扩展模拟研究
沿 cohesive 单元切向流动方程 ： q = − w3 ∇p
12µ 沿 cohesive 单元法向流动方程 ：
( ) = qt ct p f − pt ( )
= qb cb p f − pb 式中 ：q、qt、qb 分别为 cohesive 单元切向流量、上表
·34·
2021 年 1 月 第 48 卷第 1 期
云南化工 Yunnan Chemical Technology
Jan.2021 Vol.48，No.1
面法向流量、下表面法向流量 ； p 为 cohesive 单元 长度方向压力梯度 ；ω 为裂缝宽度 ；μ 为流体黏度 ； ct、cb 为上、下表面的滤失系数 ；pt、pb 为上、下表 面的孔隙压力。
图 1（b）所示是压裂最终时刻裂缝的形态示意图。 可以看出，裂缝中部最宽，沿着缝高裂缝宽度降低， 在缝长方向，裂缝尖端缝宽逐渐减小。这与图 1（a） 中孔隙压力分布相一致，主要是由于储层与隔层的渗 透率差异和抗拉强度不同所导致，压裂液从注入点进 入储层，再逐步渗入隔层，此时隔层的渗透率差异阻 挡了压裂液的渗滤，同时隔层抗拉强度大于储层，起
裂更加困难，裂缝就会沿着缝长方向延伸。
2 三维水力压裂有限元模型
通过调研鄂尔多斯盆地低渗透储层的地质概况， 得到 H 井的矿场测试具体参数，见表 1。依据实际数 据建立三维水力压裂模型如图 1 所示，模型高度（Y 方向）、宽度（X 方向）和长度（Z 方向）分别为 50 m、 60 m、100 m，中间储层高度为 10 m，上下隔层的高 度为 20 m。注入点位于 X-Y 面的中心位置，通过注 入点，沿着 Z 方向且垂直于 X-Y 面嵌入 cohesive 单 元面。
ABAQUS水力压裂模拟-XEFM-COHESIVE-交叉缝-复杂缝-转向缝-体积缝
ABAQUS水力压裂模拟|XFEM和Cohesive方法关键字：单缝、多缝、交叉缝、体积缝、转向缝、缝间干扰、储隔层我是星辰北极星，水力压裂，对于石油工程的朋友并不陌生，它是石油开采和增产的重要手段；也广泛应用于地热开采、地基处理等领域。
由于毕业于石油大学，所以有很多机会接触这方面的问题，也关注着ABAQUS在压裂领域的应用。
这个专题将分享自己在水力压裂仿真中的一些积累，希望大家喜欢。
【主要内容】一、内容概述二、仿真要点介绍2.1 ABAQUS水力压裂模拟常用仿真方法2.2地应力平衡分析（Geostatic）2.3渗流-位移耦合分析（Soils）2.4材料与单位制讲解2.5特殊的输出需求与定义2.6交叉裂缝处理三、实例讲解3.1基于Cohesive单元的二维水力压裂模拟3.2基于Cohesive单元的三维水力压裂模拟3.3水力裂缝与天然裂缝相交模拟-Cohesive单元法3.4裂缝发育地层的水力压裂模拟-Cohesive单元法3.5基于XFEM的水力裂缝转向模拟3.6基于XFEM的水平井多段压裂裂缝的缝间干扰问题研究【二维水力压裂模拟（Cohesive）】通过这个简单的案例讲述采用Cohesive单元模拟水力压裂的基本技巧，让大家掌握注液、停泵憋压等基本设置，以及前后处理的一些技巧。
1【三维水力压裂模拟Cohesive）】三维模型计算量较大，但可以模拟储隔层压裂过程中，水力裂缝限制在储层中扩展的形态，当然，下图中的裂缝形态主要受储隔层的材料性质和地应力状态影响；不合适的地层条件将导致水力裂缝窜层现象的发生。
【水力裂缝与天然裂缝相交模拟】本例中采用Cohesive单元模拟水力裂缝交叉，并可通过该模型分析不同地应力情况下水力裂缝遇到天然裂缝后的扩展轨迹。
应力差较小时，易促使天然裂缝张开；应力差较大时，水力裂缝可穿过天然裂缝。
【裂缝发育地层的水力压裂模拟】在前面三个案例的基础上，进行裂缝发育地层条件下的复杂缝网模拟，可以形成体积缝网的压裂效果；仿真的难点在于全局嵌入零厚度Cohesive单元层，本例采用POLARIS」nsertCohElem插件实现。
Abaqus嵌入Cohesive单元插件POLARIS_INSERTCOHELEM使用说明书
POLARIS_INSERTCOHELEM使用说明书作者：星辰北极星目录POLARIS_INSERTCOHELEM使用说明书 (1)1 第一部分：星辰-北极星插件介绍：POLARIS_INSERTCOHELEM (2)1.1功能简介 (2)1.2插件的主要功能 (2)1.3插件使用方法： (2)1.3.1插件安装 (2)1.3.2插件界面 (3)1.3.3使用的常见问题 (4)1.4插件测试： (6)1.4.1测试模型：三维20*20*20立方体快 (6)1.4.2测试模型：二维100*100正方形 (6)1.5示例 (7)1.5.1球体全局嵌入有厚度Cohesive单元 (7)1.5.2纤维束嵌入有厚度Cohesive单元 (8)1.5.3混凝土细观骨料模型嵌入Cohesive单元 (8)1第一部分：星辰-北极星插件介绍：POLARIS_INSERTCOHELEM 1.1功能简介POLARIS-INSERTCOHELEM是星辰北极星团队开发的一款Abaqus插件，用于实体单元之间嵌入Cohesive单元功能，可实现复杂多裂缝的研究。
拓展软件原有功能，可实现全局、局部的零厚度或有厚度Coehsive单元的嵌入，可大大节约使用者的时间，提高工作效率。
1.2插件的主要功能1）支持二维（三角形、四边形单元）、三维（六面体、楔形体、四面体单元）实体单元之间嵌入Cohesive单元层；2）嵌入方式多样化，支持全局单元面、全局几何面、Set集合、手选几何面和手选单元面五种嵌入区域；3）支持零厚度和非零厚度Cohesive单元嵌入，（四面体单元除外）；4）支持渗流和非渗流Cohesive单元嵌入，可实现复杂缝网压裂模拟。
1.3插件使用方法：1.3.1插件安装1、请解压插件包，生成一文件夹与本安装说明；2、打开我的电脑，并在文件路径处输入：%homepath%\abaqus_plugins3、将解压完成的文件夹放置到此路径下；4、重启Abaqus软件，在窗口的工具条中将新增工具条，点击图标即可激活插件。
水力压裂裂缝三维扩展 ABAQUS 数值模拟研究
水力压裂裂缝三维扩展 ABAQUS 数值模拟研究张汝生;王强;张祖国;孙志宇;林鑫【摘要】油井岩石的水压致裂过程是多孔介质下的流固耦合过程。
建立了水力压裂流体渗流连续性方程与岩石变形应力平衡方程，引入了二次正应力裂纹起裂及临界能量释放率裂缝延伸准则，考虑流体在裂缝面横向、纵向流动，采用有限元计算软件ABAQUS 中的 Soil 模块模拟岩石水力压裂的三维复合裂缝起裂与扩展。
通过其黏结单元设定裂缝延伸方向，编写用户子程序并嵌入 ABAQUS 主程序中，以确定初始地应力场、渗流场、随深度变化的孔隙度及随时间变化的滤失系数。
从数值模拟结果可以得到水力压裂泵注不同时刻裂缝几何形态、缝内压力分布、岩石变形及其应力分布、孔隙压力分布、压裂液滤失量以及压裂液流体特性、排量、上下隔层应力差、滤失系数等参数对裂缝几何尺寸的影响。
【期刊名称】《石油钻采工艺》【年(卷),期】2012(000)006【总页数】4页(P69-72)【关键词】水力压裂;裂缝扩展;流固耦合;ABAQUS有限元;数值模拟【作者】张汝生;王强;张祖国;孙志宇;林鑫【作者单位】中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院,北京 100083;中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院,北京 100083;中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院,北京 100083;中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院,北京 100083;中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院,北京100083【正文语种】中文【中图分类】TE319裂缝扩展几何形态是水力压裂设计中需要考虑的一个重要因素，对裂缝延伸范围的正确预测可以合理选择压裂施工参数，并对产能进行准确评估。
随着压裂优化设计技术的发展，压裂裂缝延伸数值模拟模型也从二维发展到拟三维，直到目前的全三维模型［1-5］。
对这些模型的数学求解大多采取有限差分格式，且计算过程中假设岩石为线弹性材料而不是弹塑性孔隙材料，这样必然与实际情况有较大偏差。
基于ABAQUS的水力割缝数值模拟
收稿日期:2012－04－09作者简介:饶培军(1987－)，男，河南平顶山人，中国矿业大学电力工程学院流体力学专业硕士研究生，现主要从事高压水射流在煤矿安全中的应用研究。
基于ABAQUS 的水力割缝数值模拟研究饶培军，李宝玉，毛凯昭(中国矿业大学电力工程学院，江苏徐州221008)摘要:利用ABAQUS 软件建立水力割缝模型，模拟水力割缝后煤层内部的应力场、煤体位移、瓦斯渗流以及割缝周围瓦斯压力分布情况。
取距离掘进工作面5处的截面作为研究对象，处理模拟数据，得到在水平、垂直方向上与割缝中心不同距离处煤体应力、位移和孔隙压力的变化规律。
关键词:ABAQUS ;水力割缝;应力场;煤体位移;瓦斯渗流中图分类号:TD712文献标识码:A 文章编号:1671－0959(2012)11-0109-03水射流割缝防突技术是利用高压水射流的切割和冲击能力，对渗透系数低、原始地应力大、瓦斯气体含量高的具有突出危险的煤层进行水力切割。
在预先打好的割缝钻孔内，利用高压水射流对钻孔两侧的煤体进行切割，由于高压水割缝对煤体的切割和冲击作用，将钻孔内两侧煤体切割出一定宽度的扁平缝槽，钻孔周围一部分煤体被高压水击落冲走，形成狭长的槽缝空间。
这一缝槽相当于在煤层内开采出一层极薄的保护层，达到层内煤体应力自我解放，为煤层内部的瓦斯流动和释放创造良好的条件，使煤体内瓦斯得到充分释放，应力集中带向内部转移，从而达到防突目的。
文中利用ABAQUS 有限元软件建立了三维模型，针对水力割缝后煤层内的瓦斯排放、煤体应力释放以及瓦斯流动场、煤体应力场的变化情况进行数值模拟和分析。
1水射流破煤岩机理高压水射流冲击下煤岩破坏过程比较复杂。
尽管国内外许多学者对高压水射流破煤岩机理进行了大量的研究，但是至今还有一些问题未能完全解决。
文中采用拉伸—水楔破煤岩理论。
当高压水射流冲击煤岩时，煤岩内的应力状态十分复杂。
除压应力外，还形成了较大的拉应力和剪应力。
Abaqus提取XFEM（扩展有限元）裂缝长度和缝隙面积（精品）
Abaqus提取XFEM(扩展有限元)裂缝长度【壹讲壹插件】2015-7-20作者：星辰-北极星Abaqus提取XFEM(扩展有限元)裂缝长度 (1)第一部分：Abaqus 扩展有限元方法XFEM (2)1.1概要 (2)1.2这些你有注意到吗？ (2)1.3 圆孔内压裂缝模拟实例 (2)1.3.1 部件建立 (2)1.3.2 材料性质定义(part1) (2)1.3.3 分析步定义 (3)1.3.4 参数输出 (3)1.3.5 接触模块定义Crack (3)1.3.6边界条件定义 (4)1.3.7 网格划分 (4)1.3.8初始地应力施加 (4)1.3.9 计算结果： (4)第二部分：扩展有限元裂缝长度求解 (5)2.1 概要 (5)2.2 基本求解思路： (5)第三部分：星辰-北极星插件介绍：POLARIS-XFEMCreckGeo2D (6)3.1 概要 (6)3.2 插件的主要功能 (6)3.3 使用注意事项 (6)3.4 插件使用简介 (7)3.4.1 打开插件 (7)3.4.2 数据获取 (7)3.4.3 裂缝信息获取 (8)3.4.4 示例 (8)第一部分：Abaqus 扩展有限元方法XFEM文章转自：/908754116/blog/14374022441.1概要XFEM即扩展有限元方法，它在标准有限元框架内研究问题，保留了有限元方法的所有优点。
扩展有限元法与有限元法最根本的区别在于所使用的网格与结构内部的几何或物理界面无关，从而克服了在诸如裂纹尖端等高应力和变形集中区进行高密度网格划分所带来的困难，在模拟裂纹扩展时也无需对网格进行重新划分。
如果要正常地使用它，我们首先要了解Abaqus中的扩展有限元方法有哪些特别，它在理论上做了哪些简化等，帮助文档进行了很好的讲解：《Abaqus Analysis User's Manual》10.7.1 Modeling discontinuities as an enriched feature using the extended finite element method。
abaqus cohesive单元热应力-概述说明以及解释
abaqus cohesive单元热应力-概述说明以及解释1.引言1.1 概述Abaqus cohesive单元作为一种专用于模拟接触与断裂的元素，在工程领域有着广泛的应用。
在工程实践中，温度是一个重要的考虑因素，热应力的存在对材料性能和结构稳定性产生着重要影响。
因此，研究和了解热应力对cohesive单元的影响，对于准确模拟材料行为和结构性能至关重要。
本文将深入探讨Abaqus cohesive单元的原理、热应力对cohesive 单元的影响以及cohesive单元在热应力下的应用。
通过分析和研究，希望能够为工程实践提供一定的理论指导和方法参考，以更好地应对复杂工程环境下的材料行为和结构性能问题。
1.2 文章结构本文主要分为三个部分，分别是引言、正文和结论。
在引言部分中，首先概述了abaqus cohesive单元热应力的主题，介绍了研究的背景和意义。
同时，明确了文章的目的，即探讨热应力对cohesive单元的影响及其在实际工程中的应用。
在正文部分中，将详细介绍abaqus cohesive单元的原理，讨论热应力对cohesive单元的影响，并探讨cohesive单元在热应力下的应用。
通过理论分析和实例展示，揭示热应力对cohesive单元性能的影响机制和工程应用。
最后，在结论部分中，对全文进行总结，展望未来研究方向，并给出论文的最终结论和建议。
通过整体的论述和分析，为读者提供详尽的信息和深入的理解。
1.3 目的本文旨在探讨abaqus cohesive单元在热应力环境下的行为特性，重点分析热应力对cohesive单元性能的影响。
通过深入研究，旨在为工程领域中使用cohesive单元进行热应力仿真提供理论支持和实践指导，进一步完善和优化工程设计和计算方法。
同时，通过本文的分析和讨论，希望可以为相关领域的研究者提供参考，促进该领域的发展和应用。
2.正文2.1 Abaqus cohesive单元的原理Abaqus cohesive单元是ABAQUS软件中一种用于模拟接触和断裂行为的特殊元素。
基于Abaqus页岩压裂裂缝扩展规律研究
基于Abaqus页岩压裂裂缝扩展规律研究作者：高纪超来源：《中国化工贸易·中旬刊》2018年第08期摘要：超临界二氧化碳因其具有高密度，低粘度特点，在压裂时既能够产生足够高的井底压力，也容易扩散进入岩石孔隙。
超临界二氧化碳进入到岩石内部孔隙之后，对于岩石物性有着较强影响作用。
采用Abaqus有限元软件进行压裂模拟，研究超临界二氧化碳射流致裂地层的规律。
关键词：岩石渗流；规律分析；讨论1 岩石渗流-应力耦合模型压裂施工利用外力破坏目的层的岩石，使其产生高效导流裂缝。
地层压裂的过程流体渗流和岩石变形之间存在着耦合关系，即渗流-应力耦合。
本文采用Drucker-prager硬化准则来描述多孔介质压裂过程中的耦合现象。
1.1 Cohesive单元Cohesive单元内聚力模型能够用来模拟油层压裂施工中的裂缝起裂和扩展过程。
流体在Cohesive单元中的流动分为切向流动和垂直于裂缝表面的流动。
前者表示压裂液在裂缝内的运移，后者表示压裂液的滤失。
1.2 物理模型假定储层为均质、各项同性的致密页岩，上下面被泥岩覆盖。
储层深度范围设定為2005m～2020m，平面尺寸为400×400m。
裂缝扩展部分采用Cohesive单元，网格划分选取COH3D8P；储层和上下盖层网格划分选取C3D8RP。
施工排量设定为15bpm，压裂液粘度为100MPa·S。
裂缝部分的Cohesive单元起裂准则设定为二次牵引交互失效准则，裂缝扩展准则为基于能量的混合模式，其临界能量释放率设定为。
1.3 岩石物性设定采用超临界二氧化碳射流压裂岩层，岩石的物性在流体介质的影响下会发生改变。
将页岩标本在30MPa，60℃实验条件下浸泡2小时，其岩石物性发生明显变化。
弹性模量由61.25GPa变为86.27GPa，泊松比由0.25变为0.09，纵应变由1211变为287。
1.4 压裂结果分析裂缝形态呈现为狭长的楔形。
低渗透油藏水力压裂数值模拟研究
低渗透油藏水力压裂数值模拟研究发布时间：2022-07-18T07:36:13.809Z 来源：《中国科技信息》2022年第33卷3月5期作者：董黎明杨民进杨利强马居利[导读] 利用水力压裂技术对储层进行合理改造是开发低渗透油藏的重要手段。
董黎明杨民进杨利强马居利中国石化集团胜利石油工程有限公司山东东营 257000摘要：利用水力压裂技术对储层进行合理改造是开发低渗透油藏的重要手段。
针对水力压裂过程中油藏原始地应力和施工参数对裂缝扩展的影响问题，本文利用cohesive单元模拟方法，建立了二维流-固完全耦合模型，模拟分析了不同地应力条件和压裂液注入速率对裂缝扩展的影响规律。
结果表明：1）最小水平主应力与最大水平主应力之间的差值越大，越有利于裂缝的起裂和扩展；2）压裂液注入流速的增加有利于形成较大的裂缝形态，增加储层改造规模。
关键词：低渗透油藏；水力压裂；裂缝扩展；数值模拟随着常规油气资源产量的逐年下降，我国油田开采正向低渗透油藏发展[1-3]。
由于低渗透油藏储层渗透率低的特点，直接进行开采得到的经济效益不高[4-5]。
运用水力压裂技术在低渗透储层中形成具有一定导流能力的裂缝，减少井底周围地层中流体的渗流阻力、增大渗流面积，从而有效提高低渗透油藏的产量，获得较高的经济效益[6-8]。
因此，研究裂缝在不同压裂条件下的扩展规律具有重要的意义。
本文利用Abaqus有限元软件，建立了基于cohesive单元模拟方法的二维流-固完全耦合水力压裂计算模型，研究不同地应力条件和施工条件下，水力压裂过程中注入压力的变化规律以及压裂结束后裂缝形态的变化，同时为低渗透油藏压裂参数优化提供技术支撑。
1水力压裂数学模型通过数值模拟的方法对水力压裂进行研究是目前学术界普遍的研究手段[9-10]，涉及到岩石力学、流体力学、断裂力学等学科的综合知识。
数值模拟的优点在于能够避免实际物理实验条件的限制，便于操作。
在Abaqus软件中，可以通过在模型中利用cohesive单元预制一条表征裂缝扩展的路径，对裂缝的起裂与扩展进行模拟[11]。
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ABAQUS水力压裂模拟|XFEM和Cohesive方法关键字：单缝、多缝、交叉缝、体积缝、转向缝、缝间干扰、储隔层
我是星辰北极星，水力压裂，对于石油工程的朋友并不陌生，它是石油开采和增产的重要手段；也广泛应用于地热开采、地基处理等领域。
由于毕业于石油大学，所以有很多机会接触这方面的问题，也关注着ABAQUS在压裂领域的应用。
这个专题将分享自己在水力压裂仿真中的一些积累，希望大家喜欢。
【主要内容】
一、内容概述
二、仿真要点介绍
2.1 ABAQUS水力压裂模拟常用仿真方法
2.2 地应力平衡分析（Geostatic）
2.3 渗流-位移耦合分析（Soils）
2.4 材料与单位制讲解
2.5 特殊的输出需求与定义
2.6 交叉裂缝处理
三、实例讲解
3.1 基于Cohesive单元的二维水力压裂模拟
3.2 基于Cohesive单元的三维水力压裂模拟
3.3 水力裂缝与天然裂缝相交模拟-Cohesive单元法
3.4 裂缝发育地层的水力压裂模拟-Cohesive单元法
3.5 基于XFEM的水力裂缝转向模拟
3.6 基于XFEM的水平井多段压裂裂缝的缝间干扰问题研究
【二维水力压裂模拟（Cohesive）】
通过这个简单的案例讲述采用Cohesive单元模拟水力压裂的基本技巧，让大家掌握注液、停泵憋压等基本设置，以及前后处理的一些技巧。
【三维水力压裂模拟（Cohesive）】
三维模型计算量较大，但可以模拟储隔层压裂过程中，水力裂缝限制在储层中扩展的形态，当然，下图中的裂缝形态主要受储隔层的材料性质和地应力状态影响；不合适的地层条件将导致水力裂缝窜层现象的发生。
【水力裂缝与天然裂缝相交模拟】
本例中采用Cohesive单元模拟水力裂缝交叉，并可通过该模型分析不同地应力情况下水力裂缝遇到天然裂缝后的扩展轨迹。
应力差较小时，易促使天然裂缝张开；应力差较大时，水力裂缝可穿过天然裂缝。
【裂缝发育地层的水力压裂模拟】
在前面三个案例的基础上，进行裂缝发育地层条件下的复杂缝网模拟，可以形成体积缝网的压裂效果；仿真的难点在于全局嵌入零厚度Cohesive单元层，本例采用POLARIS_InsertCohElem插件实现。
这个效果图是不是可以给您提供无限的遐想空间？
【水力裂缝转向模拟（XFEM）】
扩展有限元方法（XFEM）进行水力压裂模拟的最大优势在于：可以用于预测裂缝转向的轨迹。
不依赖于网格边界的裂缝，得到的裂缝扩展形态也更加逼真。
【多段压裂缝间干扰问题】
目前配合水平井开采石油天然气的重要技术就是分段压裂，而不同压裂缝之间的干扰问题直接影响压裂设计方案，甚至井眼轨迹的设计；如下图所示，第一段压裂缝是上下对称的，而后续压裂缝的一端受到抑制，无法形成对称缝网。