水力壓裂擴(kuò)展的流固耦合數(shù)值模擬研究.pdf

1、本文綜述了國(guó)內(nèi)外水力壓裂技術(shù)已取得的研究成果以及水力壓裂數(shù)值模型的演變過程，介紹了滲流場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)耦合計(jì)算的研究進(jìn)展，并簡(jiǎn)要說明了斷裂力學(xué)的研究進(jìn)展和裂紋擴(kuò)展的數(shù)值方法。從有限元計(jì)算機(jī)模擬這個(gè)角度詳細(xì)闡述了水力壓裂數(shù)值模擬涉及到的相關(guān)計(jì)算力學(xué)技術(shù)。根據(jù)平行板間的壓降方程推導(dǎo)出裂縫面內(nèi)的壓力表達(dá)式，并利用ABAQUS用戶子程序接口FLOW和DISP用Fortran編寫出壓力表達(dá)式加載程序嵌入到ABAQUS中。建立的計(jì)算模型能夠模擬地應(yīng)力、巖

2、石力學(xué)特性、壓裂液流體特性等各種復(fù)雜因素對(duì)水力壓裂擴(kuò)展的影響。模擬了水力壓裂縫的擴(kuò)展過程，并考察了壓裂液粘度、地應(yīng)力等各種地質(zhì)參數(shù)對(duì)裂紋擴(kuò)展的影響。最后建立了薄油層水平多縫的壓裂計(jì)算模型，重點(diǎn)模擬了隔層厚度和裂縫條數(shù)對(duì)縫間干擾的影響，并提出了縫間干擾控制方法。 通過計(jì)算分析得到一些有益結(jié)論。主要有：采用有限元軟件ABAQUS求解可滲透油藏水力壓裂擴(kuò)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(dǎo)流作用的裂縫的依據(jù)。裂尖的孔隙比與法向應(yīng)力大小成正比，而與靜水壓力成反比。滲流場(chǎng)的孔隙比和靜水壓力成反比關(guān)系。在注入壓力一定的情況下，起裂壓力與最小水平地應(yīng)力、臨界應(yīng)力、初始孔隙壓力成正比，而與壓裂液粘度、最大水平地應(yīng)力、彈性模量無關(guān)；裂縫擴(kuò)展長(zhǎng)度和最大縫寬與最小水平地應(yīng)力、初始孔隙壓力、彈性模量成反比，而與最大水平地應(yīng)力無關(guān)。水力壓裂作業(yè)中，縫長(zhǎng)的擴(kuò)展過程可分為無擴(kuò)展階段、快速擴(kuò)展階段、穩(wěn)定擴(kuò)展階段以及緩慢擴(kuò)展階段等4