基于扩展有限元算法的裂缝转向扩展轨迹预测

发布时间：2024-02-03 05:25

　　针对常规算法难以准确预测煤层转向压裂过程中裂缝跳跃式、不连续偏转的问题,提出采用计算精度高、计算量小且在解决局部特征问题和模拟各种不连续性传播方面具有显著优势的扩展有限元算法模拟煤层转向压裂过程,实现对裂缝轨迹的精准预测。通过有限元离散化的方法得到了转向压裂过程的扩展有限元模型。基于ABAQUS软件平台,采用扩展有限元算法对转向压裂试验的裂缝轨迹进行了预测,并与试验结果进行了对比分析;采用扩展有限元与有限元算法对现场压裂的裂缝轨迹进行了预测,并与现场微震监测数据进行了对比分析。结果表明,采用扩展有限元算法预测的裂缝轨迹为关于注液点对称的双翼型裂缝;裂缝在射孔端起裂后逐渐发生偏转直到与最大水平地应力方向一致,偏转幅度先增后减;扩展有限元算法预测的裂缝轨迹与压裂试验结果及现场微震监测点具有较高的匹配性,证明了该算法的准确性与可靠性。

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【部分图文】：

图1水力裂缝转向扩展示意图

当裂缝的起裂或扩展方向与水平最大地应力方向存在偏差时,裂缝在扩展过程中会不断地向水平最大地应力方向偏转直到到达水平最大地应力方向,形成一条双翼转向型裂缝,如图1所示。裂缝的延伸方向与水平最大地应力方向不一致时,裂缝扩展过程中不仅受到拉应力的作用,还会受到剪应力的影响。其中,拉应力....

图2扩展有限元计算流程示意图

扩展有限元算法的计算流程如图2所示。首先,将应力场、位移场、基本控制等方程有限元离散化,得到模拟区域的应力-渗流耦合方程矩阵,该矩阵涉及应力、应变、位移、渗透率、饱和度、孔隙度等参数;之后将表征整体划分特性的位移向量函数代入应力-渗流耦合方程矩阵,得到煤岩体变形的总体刚度矩阵;最....

图3预测结果及其与试验结果的对比

扩展有限元算法预测的裂缝轨迹及其与压裂试验得出的裂缝轨迹的比较如图3所示。扩展有限元算法预测的裂缝轨迹为双翼对称型,裂缝在射孔端起裂后逐渐发生偏转直到与最大水平地应力方向一致。通过与试验结果的比较发现,扩展有限元算法预测的结果与室内实验结果反映的规律大致相同,且都在扩展过程中发生....

图4数值模型示意图

沁水盆地柿庄区块是煤层气开采的示范区之一,该区块进行过多次转向压裂作业,并取得了良好的效果。该区块的3号煤层具有低平宽缓的构造背景,天然裂缝相对较少。因此,选取该区块3号煤层的地质及力学参数、压裂施工参数为基础参数,在ABAQUS数值模拟软件中建立如图4所示的二维水力裂缝转向扩展....

本文编号：3893794