頁巖儲層水力壓裂復雜裂縫網(wǎng)絡數(shù)值模擬.pdf

1、水力壓裂是儲層改造的重要措施而被廣泛應用于常規(guī)及非常規(guī)油氣開發(fā)。由于頁巖儲層致密及低滲等特點，常規(guī)壓裂單縫擴展模式很難達到經(jīng)濟化開采目的，頁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)達到體積壓裂效果。水力裂縫在儲層中受到地應力和鄰縫誘導應力的影響不斷地溝通天然裂縫和弱面形成復雜的裂縫網(wǎng)絡系統(tǒng)。壓后縫網(wǎng)的發(fā)育程度、儲層被改造程度是影響頁巖氣產(chǎn)量的重要因素，如何有效地獲得更大面積的裂縫網(wǎng)絡是頁巖氣水力壓裂首要考慮的問題。因此在壓裂施工

2、前需要進行壓裂設計，評估壓裂效果。壓裂設計的核心是壓裂效果的模擬，通過模擬不同壓裂施工工序下裂縫在儲層條件下的擴展形態(tài)來選擇最優(yōu)化設計方案。
　　本文針對頁巖氣體積壓裂技術(shù)建立了復雜裂縫網(wǎng)絡模型，研究了水力裂縫和天然裂縫以及斷層相交問題，考察了不同壓裂施工工藝對儲層改造效果?；跀U展有限元方法和Matlab語言編寫了水力壓裂數(shù)值模擬軟件，利用自主研發(fā)的軟件進行了一系列數(shù)值模擬研究，論文的主要研究成果及創(chuàng)新點如下:
　　1.針

3、對裂縫相交問題，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。通過模擬頁巖儲層中磚墻結(jié)構(gòu)，研究了不同巖石材料參數(shù)、裂縫相交角度、地應力差以及縫面摩擦等因素對相交形態(tài)的影響，并對比了不同相交準則在復雜縫網(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.考察了裂縫間應力陰影的影響，基于縫間應力干擾模擬了順序壓裂、交替壓裂和拉鏈式壓裂。結(jié)果表明順序壓裂和交替壓

4、裂應力影響主要集中在裂縫尖端附近，對地應力方向改變較大，拉鏈式壓裂縫間干擾更復雜，對儲層地應力方向改變較小，能夠更大程度溝通儲層天然裂縫，提高壓裂改造效果。
　　3.建立了復雜裂縫網(wǎng)絡系統(tǒng)模型，給出了體積壓裂效果評價方法。根據(jù)模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn)天然裂縫初始方位對縫網(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的地層更容易改變水力裂縫走向，形成復雜結(jié)構(gòu)裂縫網(wǎng)絡，獲得更好的儲層改造效果。
　　4.

5、研發(fā)了基于Matlab語言的二維擴展有限元水力壓裂軟件FRAC2D-XFEM。該軟件能夠模擬實際壓裂過程中復雜裂縫網(wǎng)絡的生成，考慮了水力裂縫和不同類型的非連續(xù)體相交，考慮了縫內(nèi)流動對巖石變形的影響。經(jīng)過與文獻中經(jīng)典算例對比驗證了軟件的正確性，該軟件具有很高的數(shù)值精度，對開發(fā)高效復雜縫網(wǎng)壓裂工藝技術(shù)具有一定的指導意義。
　　5.基于DLA模型研究了裂縫中流體竄流現(xiàn)象。通過真實巖心驅(qū)替實驗和數(shù)值模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn)在滲透率級差較大的地層，CO