頁(yè)巖儲(chǔ)層水力壓裂復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)數(shù)值模擬.pdf

1、水力壓裂是儲(chǔ)層改造的重要措施而被廣泛應(yīng)用于常規(guī)及非常規(guī)油氣開(kāi)發(fā)。由于頁(yè)巖儲(chǔ)層致密及低滲等特點(diǎn)，常規(guī)壓裂單縫擴(kuò)展模式很難達(dá)到經(jīng)濟(jì)化開(kāi)采目的，頁(yè)巖氣水力壓裂相比于常規(guī)壓裂的不同在于能夠形成縫網(wǎng)達(dá)到體積壓裂效果。水力裂縫在儲(chǔ)層中受到地應(yīng)力和鄰縫誘導(dǎo)應(yīng)力的影響不斷地溝通天然裂縫和弱面形成復(fù)雜的裂縫網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。壓后縫網(wǎng)的發(fā)育程度、儲(chǔ)層被改造程度是影響頁(yè)巖氣產(chǎn)量的重要因素，如何有效地獲得更大面積的裂縫網(wǎng)絡(luò)是頁(yè)巖氣水力壓裂首要考慮的問(wèn)題。因此在壓裂施工

2、前需要進(jìn)行壓裂設(shè)計(jì)，評(píng)估壓裂效果。壓裂設(shè)計(jì)的核心是壓裂效果的模擬，通過(guò)模擬不同壓裂施工工序下裂縫在儲(chǔ)層條件下的擴(kuò)展形態(tài)來(lái)選擇最優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。
　　本文針對(duì)頁(yè)巖氣體積壓裂技術(shù)建立了復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)模型，研究了水力裂縫和天然裂縫以及斷層相交問(wèn)題，考察了不同壓裂施工工藝對(duì)儲(chǔ)層改造效果?；跀U(kuò)展有限元方法和Matlab語(yǔ)言編寫(xiě)了水力壓裂數(shù)值模擬軟件，利用自主研發(fā)的軟件進(jìn)行了一系列數(shù)值模擬研究，論文的主要研究成果及創(chuàng)新點(diǎn)如下:
　　1.針

3、對(duì)裂縫相交問(wèn)題，分別給出了水力裂縫和天然裂縫、水力裂縫和斷層弱面的相交算法。通過(guò)模擬頁(yè)巖儲(chǔ)層中磚墻結(jié)構(gòu)，研究了不同巖石材料參數(shù)、裂縫相交角度、地應(yīng)力差以及縫面摩擦等因素對(duì)相交形態(tài)的影響，并對(duì)比了不同相交準(zhǔn)則在復(fù)雜縫網(wǎng)系統(tǒng)生成中的作用。結(jié)果表明水力裂縫遇到天然裂縫是否貫穿或開(kāi)啟天然裂縫主要受相交角度和縫內(nèi)載荷大小作用。
　　2.考察了裂縫間應(yīng)力陰影的影響，基于縫間應(yīng)力干擾模擬了順序壓裂、交替壓裂和拉鏈?zhǔn)綁毫?。結(jié)果表明順序壓裂和交替壓

4、裂應(yīng)力影響主要集中在裂縫尖端附近，對(duì)地應(yīng)力方向改變較大，拉鏈?zhǔn)綁毫芽p間干擾更復(fù)雜，對(duì)儲(chǔ)層地應(yīng)力方向改變較小，能夠更大程度溝通儲(chǔ)層天然裂縫，提高壓裂改造效果。
　　3.建立了復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)模型，給出了體積壓裂效果評(píng)價(jià)方法。根據(jù)模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn)天然裂縫初始方位對(duì)縫網(wǎng)系統(tǒng)影響很大，初始天然裂縫方位取向一致的地層形成的裂縫較單一，初始天然裂縫分布隨機(jī)的地層更容易改變水力裂縫走向，形成復(fù)雜結(jié)構(gòu)裂縫網(wǎng)絡(luò)，獲得更好的儲(chǔ)層改造效果。
　　4.

5、研發(fā)了基于Matlab語(yǔ)言的二維擴(kuò)展有限元水力壓裂軟件FRAC2D-XFEM。該軟件能夠模擬實(shí)際壓裂過(guò)程中復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)的生成，考慮了水力裂縫和不同類(lèi)型的非連續(xù)體相交，考慮了縫內(nèi)流動(dòng)對(duì)巖石變形的影響。經(jīng)過(guò)與文獻(xiàn)中經(jīng)典算例對(duì)比驗(yàn)證了軟件的正確性，該軟件具有很高的數(shù)值精度，對(duì)開(kāi)發(fā)高效復(fù)雜縫網(wǎng)壓裂工藝技術(shù)具有一定的指導(dǎo)意義。
　　5.基于DLA模型研究了裂縫中流體竄流現(xiàn)象。通過(guò)真實(shí)巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn)在滲透率級(jí)差較大的地層，CO