水力壓裂擴展的流固耦合數值模擬研究.pdf

1、本文綜述了國內外水力壓裂技術已取得的研究成果以及水力壓裂數值模型的演變過程，介紹了滲流場和應力場耦合計算的研究進展，并簡要說明了斷裂力學的研究進展和裂紋擴展的數值方法。從有限元計算機模擬這個角度詳細闡述了水力壓裂數值模擬涉及到的相關計算力學技術。根據平行板間的壓降方程推導出裂縫面內的壓力表達式，并利用ABAQUS用戶子程序接口FLOW和DISP用Fortran編寫出壓力表達式加載程序嵌入到ABAQUS中。建立的計算模型能夠模擬地應力、巖

2、石力學特性、壓裂液流體特性等各種復雜因素對水力壓裂擴展的影響。模擬了水力壓裂縫的擴展過程，并考察了壓裂液粘度、地應力等各種地質參數對裂紋擴展的影響。最后建立了薄油層水平多縫的壓裂計算模型，重點模擬了隔層厚度和裂縫條數對縫間干擾的影響，并提出了縫間干擾控制方法。 通過計算分析得到一些有益結論。主要有：采用有限元軟件ABAQUS求解可滲透油藏水力壓裂擴展過程問題是可行的。提出了臨界縫寬的概念，它可以作為判斷裂縫是作為起滲透作用的孔隙

3、通道還是作為起導流作用的裂縫的依據。裂尖的孔隙比與法向應力大小成正比，而與靜水壓力成反比。滲流場的孔隙比和靜水壓力成反比關系。在注入壓力一定的情況下，起裂壓力與最小水平地應力、臨界應力、初始孔隙壓力成正比，而與壓裂液粘度、最大水平地應力、彈性模量無關；裂縫擴展長度和最大縫寬與最小水平地應力、初始孔隙壓力、彈性模量成反比，而與最大水平地應力無關。水力壓裂作業(yè)中，縫長的擴展過程可分為無擴展階段、快速擴展階段、穩(wěn)定擴展階段以及緩慢擴展階段等4