页岩爆燃压裂下裂缝扩展模式数值模拟研究

发布时间：2020-05-23 20:42

【摘要】：作为无水压裂技术的爆燃压裂可在页岩储层周围形成多条径向裂缝,实现对页岩储层的缝网改造,有利于我国页岩气的高效开发。针对页岩气储层脆性矿物含量高、非均质性强和天然裂缝发育等特征,结合爆燃压裂技术特点,本研究基于室外实验和数值模拟探究页岩气爆燃压裂裂缝扩展规律。拟采用四川盆地地区页岩为研究对象,在充分借鉴和吸取前人研究成果的基础上,以霍普金森杆压缩试验为基础,得到页岩的相关力学参数并根据试验所得应力应变曲线拟合出合适的页岩力学模型参数,从而运用LS-DYNA模拟出页岩在不同火药量、多级起爆等条件下爆燃压裂裂缝的扩展模式,分析出影响页岩裂缝扩展模式的主要因素,从而为提高单井页岩气产量提供理论依据。主要内容和结论如下:(1)对页岩进行常温、60°C、90°C、120°C、150°C五组温度,0.2MPa、0.3MPa、0.4MPa三组气压下的霍普金森杆压缩实验,得到了页岩在相同应变率、不同温度下以及相同温度、不同应变率的应力应变曲线。并对页岩进行了CT扫描实验,可得页岩因其内部空隙、裂缝、节理等缺陷的存在,不同应变率下页岩的应力-应变曲线差异较大;在本次实验的温差范围内,随着温度的升高,试件的峰值应力、极限应变无明显变化,温度对页岩的应力-应变曲线没有较大影响。(2)在LS-DYNA软件中选取合适的页岩力学模型,根据页岩霍普金森压缩实验结果,验证模型参数以及选取模型的适用性以及合理性。(3)基于已验证的模型参数,采用LS-DYNA数值模拟,探讨不同火药量、多级脉冲等因素对页岩爆燃压裂下裂缝扩展的影响规律。火药量越高,裂缝的扩展生长越快,但只有选取合适的火药量,才能使裂缝扩展缝网更为合理切不至于由于峰值压力过大而破坏页岩储存;通过多级起爆的方式,可使页岩储层裂缝扩展模式尽可能满足开采需要;单点起爆相对于多点同时起爆能产生的裂缝更长且能产生更多的径向裂缝。本文研究结果可为页岩气藏水平井爆燃压裂工艺设计、参数控制及优化提供相关指导,具有重要的理论价值。
【图文】：

1 绪论施的井深已经超过 3500m，应用的地层可从砂岩、粉砂岩到变质岩。此项压成功率大多达到 100%，使单井油田的增产倍数达到 2 倍以上，效果好的甚至上。爆燃压裂作为爆炸压裂的衍生品，其大致原理类似于爆炸压裂。但相较于爆载速率快、作用时间短等特点，爆燃压裂的作用时间相对较长，加载速率相相比于页岩气开发初期常用的水力压裂，其能形成更多的径向裂缝，且不会裂一样易形成井崩。三种压裂方式形成的裂缝模式大概如下图 1-1，可以看到主要形成双翼较长裂缝，爆燃压裂可形成多条较长裂缝，爆炸压裂易形成短表 1-1 为几种压裂形式主要参数指标。

西南科技大学硕士学位论文○3 不同的爆燃压裂技术也会影响页岩裂缝的扩展。采取○1 的网格尺寸以及○2 中合火药量，在其他因素相同的情况下，对页岩爆燃压裂的单一脉冲与多级脉冲技术模拟，，通过比较裂纹扩展模式，揭示了多级起爆压裂下页岩爆燃压裂的裂纹扩展。 技术路线采用室内试验、理论分析与数值模拟等手段并用的方法开展工作。其技术路线如1-2：
【学位授予单位】：西南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TE377

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