頁巖儲層水平井水力裂縫起裂與擴展特征的數(shù)值模擬分析.pdf

1、受頁巖儲層低滲透物性的影響，頁巖氣（油）藏需要經(jīng)過水力壓裂改造后才能開采。由于水平井在增加與儲層接觸面積、降低費用、擁有長期的穩(wěn)產(chǎn)能力等方面具有明顯的優(yōu)勢，它在頁巖氣開發(fā)中得到了廣泛的應用，尤其是與滑溜水多級壓裂相配合時，增產(chǎn)效果更為顯著。絕大多數(shù)壓裂作業(yè)是在套管射孔完井之后進行的，而水力裂縫的起裂與頁巖巖石力學特性和頁巖儲層力學性質(zhì)的非均勻性息息相關，因而射孔完井后實際的裂縫起裂和延伸是復雜多樣的。此外，頁巖儲層常發(fā)育有大量天然裂縫和

2、層理，對頁巖儲層的水力壓裂可形成大規(guī)模網(wǎng)狀裂縫，這就是通常的體積壓裂的效果。
　　本文在中國石油科技創(chuàng)新基金資助項目(2013D-5006-0211)、國家自然科學基金資助項目(51479024)、國家重點基礎研究計劃973項目(2014CB047103)的資助下，基于對前人闡述的巖體水力壓裂機理的認識，從壓裂過程中水力耦合作用的滲流-應力-損傷模型出發(fā)，并使其在有限元軟件RFPA滲流版中實現(xiàn)，對有限的巖心物理實驗結(jié)果進行了模擬和

3、分析評價，得到后續(xù)有關章節(jié)相關的實驗參數(shù)，進而開展對頁巖儲層水平井水力裂縫的起裂和擴展特征的數(shù)值模擬研究。
　　首先，對水平井定向射孔水力裂縫的起裂特征進行了數(shù)值模擬研究，并就地應力差和射孔方位角兩因素對其影響建立數(shù)值模型展開了詳細分析，得到的結(jié)果顯示有水力裂縫可能不在射孔端起裂的情況，在此基礎上，進一步探討了壓裂雙裂縫形成的可能性和條件。此外，模擬了裂縫延伸至產(chǎn)層與隔層界面處的穿層現(xiàn)象。數(shù)值分析結(jié)果進一步豐富對水平井射孔參數(shù)優(yōu)化

4、及水力壓裂施工的研究。
　　其次，鑒于頁巖儲層通常發(fā)育有大量的天然裂縫，對層狀頁巖儲層中水力裂縫與天然層理的相互作用以及縫網(wǎng)的形成規(guī)律進行了數(shù)值模擬，借鑒水平應力差異系數(shù)初步分析體積壓裂技術(shù)的效果，同時建立數(shù)值模型分析了地應力差、脆性指數(shù)、層理特征等因素對形成的壓裂縫網(wǎng)復雜程度的影響，希望能對頁巖儲層壓裂縫網(wǎng)形成的研究和設計提供些許參考。
　　最后，依據(jù)目標儲層實際情況對單井不同間距裂縫周圍的應力分布及相互干擾現(xiàn)象進行了數(shù)值