随机天然裂缝分布下的页岩裂缝扩展模拟研究

发布时间：2020-08-02 10:52

【摘要】：美国页岩气的商业开发对世界能源格局产生深远影响,经过数十年的探索研究与矿场实践,我国对于页岩气的勘探开发也已进入急剧增长期,作为一种清洁、高效的非常规能源,页岩气的大规模开发,对于优化我国能源结构、大力推行清洁低碳发展战略也具有积极作用。水力压裂作为页岩气开发的必要手段,其工艺实施直接决定了页岩气产量的高低,但由于页岩基质渗透率极低,只有依靠水平井分段多簇压裂技术实现对页岩储层整体上的三维压裂改造才能产生工业气流,为此,需要建立特定的裂缝延伸模型来模拟页岩储层缝网几何形态及其扩展规律,进而科学指导压裂设计,为页岩气的高效开发提供理论支撑。页岩储层实施压裂过程中,伴随着大规模压裂液注入井底,当井底压力超过井壁附近地应力并达到岩石抗张强度后,地层将产生水力裂缝,而水力裂缝在延伸过程中与地层天然裂缝交互作用,激活天然裂缝,进而增加裂缝的复杂程度,同时裂缝在延伸过程中会产生诱导应力改变原地应力场,促使延伸机理进一步复杂化,基于此,本文以页岩水平井分段多簇压裂裂缝延伸模拟为目标,主要开展了以下工作:(1)在矿场进行天然裂缝识别的基础上,运用统计学方法定量表征天然裂缝基础参数,进而建立页岩储层中的随机天然裂缝分布模型;(2)基于线弹性力学和断裂力学等相关理论,建立了水力裂缝与天然裂缝相交力学作用准则,在此基础上分析了水力裂缝与天然裂缝相交后的各种延伸模式,为裂缝延伸理论构建提供支撑;(3)根据位移不连续方法研究裂缝诱导应力场,在常位移不连续方法基本理论上进行高度修正,将无限裂缝高度修正为有限裂缝高度,通过将水力裂缝沿缝长离散为若干位移不连续单元,建立了给定缝内压力和初始远地应力条件下任意位置分布、任意长度和任意间距的水力多裂缝相互干扰下的诱导应力场计算模型;(4)运用位移不连续方法研究压裂过程中岩石形变,结合PKN模型模拟缝内压裂液的流动,推导出了页岩储层随机裂缝分布下的裂缝延伸模型,利用有限差分法对模型进行数值求解,开展了页岩储层单裂缝、顺序压裂和交替压裂的裂缝扩展模拟研究,同时对影响页岩裂缝扩展的地质因素和工程因素进行了分析。论文构建的裂缝延伸模型为模拟页岩随机天然裂缝分布下的裂缝延伸提供了理论工具和方法,为认识页岩随机天然裂缝分布下的裂缝延伸规律具有重要意义,对现场压裂优化设计具有一定的指导作用。
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TE377
【图文】：

-我国页岩气开发产盆变化

图１－３页岩水平井分段多簇压裂模式逡逑，

图１－４邋ＣＧＤ模型示意图逡逑１％１年，Ｐｅｒｋｉｎｓ和ＫｅｍＰｌ最先提出了邋ＰＫＮ模型，假设裂缝高度为定值，并假设裂逡逑

【参考文献】

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本文编号：2778411