各向同性连续介质定面射孔水力裂缝扩展规律的分析

发布时间：2019-09-07 10:49

【摘要】：定面射孔水力压裂是一项非常复杂的过程,在研究水力压裂的规律解决现场实际工程问题时,主要有以下问题:定面射孔裂缝扩展量化规律不成熟,定面射孔影响裂缝扩展主因认识不清,定面射孔对裂缝形态控制方法不完善。采用ABAQUS有限元软件中的扩展有限元(XFEM)方法对定面射孔水力压裂问题进行建模、输入文件改写,综合考虑各影响因素以实现裂缝扩展过程的仿真计算。重点分析了射孔参数及射孔面方向对裂缝扩展的影响规律,为定面射孔水力压裂设计提供参考,新方法可促使裂缝的延伸,使泄油面积大幅增加同时形成系统性的缝网,对低渗透油井的增产潜力的提高作用显著。扩展有限元方法进行水力压裂裂缝扩展数值模拟计算基本原理为:富集函数应用于有限元基础上用来模拟新开展裂缝单元,利用水力驱动裂缝单元模拟水力压裂过程中裂缝的张开扩展过程,XFEM单元的起裂准则为岩石单元达到最大拉应力,按照线性分离规律扩展,岩石单元切向与法向的张开程度符合BK准则。通过比较前人进行水力压裂相关的分析研究确定主要研究内容如下:分析定面射孔条件下利用XFEM进行水力压裂数值模拟的理论方法;对水力压裂裂缝扩展规律影响因素进行初步的讨论;分析射孔长度、夹角、间距等对裂缝扩展规律的作用;分析射孔面位置对裂缝扩展规律的影响。通过射孔参数及射孔面方向对裂缝扩展规律的影响研究发现:①射孔间距大于射孔长度,对射孔之间裂缝融合影响不大,反之裂缝会比较容易融合;射孔夹角越小,裂缝延伸方向趋于水平方向,反之裂缝延伸方向趋于竖直方向。②在射孔面与最大主应力面水平夹角45度、竖直夹角45度情况下,随着射孔夹角的增大,裂缝扩展方向偏转角先减小后增大最后趋于稳定,且竖直夹角45度情况变化幅度更大,裂缝扩展高度、宽度随射孔夹角增加而增加。③射孔方向沿着最大主应力方向时,裂缝扩展方向不发生偏转;射孔面与最大主应力面存在水平角,可采用增加定面射孔对裂缝扩展方向加以引导;射孔面与最大主应力面存在竖直角,可适当增大定面射孔夹角,对裂缝扩展方向加以引导,但是夹角不能太大,否则起不到引导作用。④射孔间夹角30度情况下,随着射孔面与最大主应力面水平夹角的增大,裂缝偏转角度增大,裂缝横向扩展范围变化不大;射孔间夹角30度情况下,随着射孔面与最大主应力面竖直夹角的增大,裂缝偏转角度增大,裂缝横向扩展范围减小。通过总结计算得出的水力压裂裂缝扩展规律,为水力压裂设计、指导水力压裂裂缝扩展的预测具有较好的参考作用。
【图文】：

[1-3]的不断应用，已经由常规射孔、螺旋射孔方法向对裂缝引导更具优势的定面射孔方式不断改进并且技术日趋成熟，通过定面射孔条件下的水力压裂开采方法如图1-1对低渗透油气田产能的提高有重要意义。图 1-1 定面射孔图例Fig. 1-1 Fixed perforation legend从前人的研究实践中发现[4-6]，水力压裂的射孔方式及射孔参数对裂缝的扩展影响显著，不适当的射孔形式会增大岩石的起裂压力，定面射孔技术促使裂缝的延伸使泄油面积大幅增加同时形成系统性的缝网。水力压裂对油井的增产潜力的提高作用显著[7-8]，但是在实际作业过程中由于岩层的非均质性、天然裂缝的存在、地应力的突变等众多因素的影响会产生各式各样的裂缝形态，比较常见的有以下几种：裂缝纵向延伸，在地下井筒沿最大主应力方向开挖的情况下裂缝沿井筒方向开裂，是竖井压裂[9]中较为常见的一种裂缝扩展方式，对贯通上下油层作用明显；裂缝横向延伸，在水平井水力压裂中先进行射孔作业，裂缝垂直于井筒扩展延伸

水压力的固体介质单元和二阶应力位移四面体单元。使用扩展有限元法模拟水力压裂问题开裂的发生和扩展。计算过程不需要重新划分网格模型，如图2-1中XFEM可用于二、三维模型选择一个任意通过模型或一个固定增长的裂纹，
【学位授予单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TE357.11

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 陈华彬;唐凯;陈锋;陈建波;李奔驰;任国辉;;水平井定向分簇射孔技术及其应用[J];天然气工业;2016年07期

2 曾青冬;姚军;;基于扩展有限元的页岩水力压裂数值模拟[J];应用数学和力学;2014年11期

3 盛茂;李根生;;水力压裂过程的扩展有限元数值模拟方法[J];工程力学;2014年10期

4 刘合;王峰;王毓才;高扬;成建龙;;现代油气井射孔技术发展现状与展望[J];石油勘探与开发;2014年06期

5 马旭;郝瑞芬;来轩昂;张燕明;马占国;何明舫;肖元相;毕曼;马新星;;苏里格气田致密砂岩气藏水平井体积压裂矿场试验[J];石油勘探与开发;2014年06期

6 张矿生;王文雄;徐晨;李晓慧;王文东;苏玉亮;;体积压裂水平井增产潜力及产能影响因素分析[J];科学技术与工程;2013年35期

7 王磊;张乐宇;李菁菁;孙广龙;曹琪;;水平射孔井射孔参数及起裂压力研究[J];重庆科技学院学报(自然科学版);2013年05期

8 袁彬;苏玉亮;丰子泰;徐晨;薛继超;鲁明晶;;体积压裂水平井缝网渗流特征与产能分布研究[J];深圳大学学报(理工版);2013年05期

9 贺红民;路利军;慕光华;孙志忠;吴少威;平朋勃;;动力旋转定方位射孔工艺技术[J];测井技术;2013年04期

10 陈峥嵘;邓金根;朱海燕;董光;胡连波;林海;;定向射孔压裂起裂与射孔优化设计方法研究[J];岩土力学;2013年08期

相关博士学位论文 前4条

1 彪仿俊;水力压裂水平裂缝扩展的数值模拟研究[D];中国科学技术大学;2011年

2 张鹏;裂隙表面几何形态对裂隙介质力学、水力学特性的影响规律研究[D];西安理工大学;2007年

3 陈莉静;油井岩层复合射孔爆燃气体压裂机理研究[D];西安理工大学;2006年

4 张平;裂隙介质静动应力条件下的破坏模式与局部化渐进破损模型研究[D];西安理工大学;2004年

相关硕士学位论文 前3条

1 张一鸣;水平井水力裂缝起裂与延伸规律研究[D];东北石油大学;2014年

2 陈港;基于扩展有限元的岩体中裂纹扩展规律研究[D];重庆大学;2013年

3 谢海;扩展有限元法的研究[D];上海交通大学;2009年

，

本文编号：2532975