水力压裂裂缝扩展规律和破裂压力的数值研究

发布时间：2019-11-15 12:19

【摘要】：随着工业化进程的不断推进,全世界对于化石燃料的需求同其不能短期再生的现状产生了矛盾。因为页岩油气储量大、分布广泛,逐渐被广泛应用到石油化工产业当中。而在开发页岩气的过程中,低渗透性的储层比较难以得到充分的开发,造成了大量已开出井的闲置与浪费,故而提出水力压力技术来达到增产旧油田、开发低渗透储层的目的。在石油天然气领域,水力压裂的裂纹扩展模式和破裂压力研究具有实际工程意义。但受限于实验条件下测定水力压力操作复杂,而裂缝扩展过程无法直接观测,多数情况下采用数值模拟方法来分析破裂压力以及讨论裂缝性储层水力压裂过程中天然裂缝与地应力对水力压裂破裂压力的影响。本文以研究破裂压力为核心,从以下几个方面来开展研究：(1)开展了不同地应力条件下的水力压力数值实验,观察其裂缝扩展的形态和声发射图。通过物理图象直观地了解裂隙从萌生、发展直至微裂纹贯通造成试样最终破裂的过程。并在此基础上建立分层性的数值模型,以比较贴合实际地层的情况来展开讨论。结果表明,最大主应力起到裂纹方向的控制作用,压力越大越容易引起裂纹发展。(2)根据声发射图能量与破裂压力的相关性,提出了以声发射能量图确定岩石破裂压力的方法。分析结果表明：数值试验方法所计算出天然裂隙条件下水力压裂的破裂压力值与理论值具有比较好的一致性,与实验值还有一定的偏差。以不同预制裂缝与最小水平主应力的夹角为影响因素来进行水力压裂数值试验,同时兼顾考虑天然裂缝相同时主应力条件变化情况下裂缝的起裂及发展情况。计算结果表明：地应力与天然裂缝对水力压裂的影响比较复杂.天然裂缝的存在降低岩体的强度,有助于裂纹的扩展。工程实际情况中最理想的条件是天然裂缝与最小水平主应力夹角在300～45°之间,处于此种条件下的破裂压力比较小。(3)以对称和错位布置水平井间多射孔数值模型来研究水力裂缝干扰情况。计算结果表明水力裂缝主要扩展形式以网状裂缝为主,并不会受到射孔是否对称的影响。不同位置射孔裂纹形成所需要的水压力有所不同。尤其第一排射孔所需水力压力高,所形成的裂缝一般为平直裂纹,可能与软件RFPA计算的边界设定有关。
【图文】：

示意图,围压,渗透率,井眼

２．２．１数值模型逡逑本节使用“页岩油储层压裂裂缝起裂及扩展数值模拟系统”开展直井地应力差对水逡逑压致裂裂纹扩展影响的数值模拟计算。研究中设计了如图２．３所示的二维平面矩形计算逡逑模型，其加载示意图及数值模型分别ｉ卩图２．２？２．３所示，模型尺寸为１２００ｍｍｘｌ２００ｍｍ，逡逑模型剖分为６００ｘ６００＝３６００００单元，在模型中部开有压裂井眼，直径为１３９ｍｍ，在井眼逡逑内施加不断升高的水压Ｐｆ，模型四周为不透水边界。井眼内壁为水压边界，初始水压值逡逑为２３ＭＰａ

示意图,计算模型,示意图,水力压裂

逦大连理工大学硕士学位１合＾＾逦逡逑为考察水平应力差值对于水力压裂裂纹扩展的影响，，在本研究中选取了不同的水平逡逑地应力组合，按照表２．４设置６组计算方案，保持最大主应力值不变（即恒定），根据逡逑比值设置不同的最小主应力值（外按照比例变化）。逡逑
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TE357

【参考文献】