頁巖儲(chǔ)層水平井水力裂縫起裂與擴(kuò)展特征的數(shù)值模擬分析.pdf

1、受頁巖儲(chǔ)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(chǔ)層接觸面積、降低費(fèi)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(yīng)用，尤其是與滑溜水多級壓裂相配合時(shí)，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(jìn)行的，而水力裂縫的起裂與頁巖巖石力學(xué)特性和頁巖儲(chǔ)層力學(xué)性質(zhì)的非均勻性息息相關(guān)，因而射孔完井后實(shí)際的裂縫起裂和延伸是復(fù)雜多樣的。此外，頁巖儲(chǔ)層常發(fā)育有大量天然裂縫和

2、層理，對頁巖儲(chǔ)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(xiàng)目(2013D-5006-0211)、國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51479024)、國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究計(jì)劃973項(xiàng)目(2014CB047103)的資助下，基于對前人闡述的巖體水力壓裂機(jī)理的認(rèn)識(shí)，從壓裂過程中水力耦合作用的滲流-應(yīng)力-損傷模型出發(fā)，并使其在有限元軟件RFPA滲流版中實(shí)現(xiàn)，對有限的巖心物理實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了模擬和

3、分析評價(jià)，得到后續(xù)有關(guān)章節(jié)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)參數(shù)，進(jìn)而開展對頁巖儲(chǔ)層水平井水力裂縫的起裂和擴(kuò)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(jìn)行了數(shù)值模擬研究，并就地應(yīng)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(xì)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(chǔ)上，進(jìn)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(jìn)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(chǔ)層通常發(fā)育有大量的天然裂縫，對層狀頁巖儲(chǔ)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(jìn)行了數(shù)值模擬，借鑒水平應(yīng)力差異系數(shù)初步分析體積壓裂技術(shù)的效果，同時(shí)建立數(shù)值模型分析了地應(yīng)力差、脆性指數(shù)、層理特征等因素對形成的壓裂縫網(wǎng)復(fù)雜程度的影響，希望能對頁巖儲(chǔ)層壓裂縫網(wǎng)形成的研究和設(shè)計(jì)提供些許參考。
　　最后，依據(jù)目標(biāo)儲(chǔ)層實(shí)際情況對單井不同間距裂縫周圍的應(yīng)力分布及相互干擾現(xiàn)象進(jìn)行了數(shù)值