基于ABAQUS的低渗透储层水力压裂数值模拟研究

发布时间：2020-10-08 22:12

　　随着国民经济的发展,我国对于油气的需求量越来越大,油气资源形势也越来越严峻。目前,我国各个油田主要的高渗区块已进入开发的后期,几乎没有产能。因此,提高低渗透储层的产能和开发各类非常规油气资源(页岩气、煤层气等)成为目前能源界的热点问题。众所周知,水力压裂技术是提高低渗透储层采收率的必然途径,只有通过压裂技术在储层中形成复杂缝网,降低油气渗流阻力,扩大油气渗流面积,才能有效提高低渗透储层的油气产能。然而,我国目前利用水力压裂技术开采低渗透储层时仍然存在很多亟待解决的问题,主要表现在:(1)对水力压裂裂缝扩展机理认识不够;(2)关于施工参数对裂缝扩展的影响规律认识不够;(3)关于储层地应力环境对裂缝扩展的影响认识不够;(4)关于人工裂缝与天然裂缝相交问题的裂缝扩展规律认识不够等等。基于此,本文利用国际通用的有限元软件ABAQUS对上述四个问题进行了探究,得到以下结论:(1)当射孔方向沿着水平最大主应力方向时,随着水平最小主应力的增大,裂缝的长度逐渐减小,但裂缝的宽度却在逐渐增大。随着射孔方向与水平最大主应力方向的夹角不断增大,裂缝偏转角逐渐增大,并向着平行于水平最大主应力的方向偏转,最终并没有偏转至水平最大主应力方向。(2)随着压裂液粘度的增大,裂缝的长度逐渐减小,裂缝的宽度逐渐增大,这说明压裂液粘度越大,就越容易形成短宽缝,压裂液黏度越小,就越容易形成长窄缝。(3)随着压裂液排量的增大,裂缝的长度和高度不断增大,裂缝的宽度不断增大最后趋于平稳,注入点处的孔隙压力也越来越大。(4)当水平最大主应力不变时,随着水平最小主应力的增大,即水平应力差的减小,裂缝的宽度和高度均有增大,但是裂缝的长度却在减小,注入点处的孔隙压力有所增大。(5)改变水力裂缝的方向,发现:当预制裂缝垂直于水平最小主应力时,裂缝易于扩展,形成的裂缝长度较大,但裂缝的宽度、高度以及注入点处的孔隙压力较小;当预制裂缝平行于水平最小主应力时,裂缝不易扩展,形成的裂缝长度较小,但裂缝的宽度、高度以及注入点处的孔隙压力较大。(6)模拟水力裂缝与天然裂缝相交过程时发现:应力差越大,水力裂缝越容易沿着水平最大主应力方向延伸;天然裂缝与水平最大主应力夹角越大,水力裂缝越容易沿着水平最大主应力方向延伸;天然裂缝抗拉强度越大,水力裂缝越容易沿着水平最大主应力方向延伸。注入点处的裂缝宽度和孔隙压力在天然裂缝开裂的时候会突然降低,但是当水力裂缝直接穿透天然裂缝时便不会出现这种情况。
【学位单位】：西安石油大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TE357.1;TE377
【部分图文】：

线性软化模型,单元

岩石刚度开始退化，承受的应力开始减小，始起裂。利用拉伸-分离准则（traction-separationcriterion（2-18）、式（2-19）、式（2-30）所示。( ) ( )( ) < ≥=010nnnnnTTDTTt sst = (1 D)Tttt = (1 D)T2-19）、式（2-30）中，nsT , T是损伤之前（线弹性（线弹性阶段）的切向应力分量；tn、ts是损伤出后的切向应力分量；D 是损伤变量，材料未发 D=1。内聚力模型能较好地模拟岩石断裂过程中的损伤性材料，因此裂尖区域可以简化为线性软化模型示：

示意图,建模,示意图,射孔段

本假设渗透储层 W 区块为例，取位于示。水平井分段压裂孔眼之间的的干扰是有限的，因此将模型尺射孔段的长度为 0.6m，孔眼相他三边受射孔影响可以忽略不计保持不变。考虑到模型以射孔段场测试基本数据为参考，得到岩水平地应力为 14.4MPa，Y 方向Pa，孔隙度为12%，渗透率为0.1×弹性多孔介质，为了简化模型

示意图,射孔,角度,示意图

射孔枪性能不变的情况下，岩石强度和密度越大，岩石射孔难度而岩石强度的大小可以通过地应力很好的反应出来，只要明确地在不同射孔方位下，岩石的孔深变化规律。因此，探究岩石不同在不同射孔角度下，射孔弹能射入的深度是多大，不同的射孔方不同，射入的孔深不同，对裂缝的影响控制规律也就不同。只有度后，才能使射孔孔深达到最大，从而有效增加油井产能。在其他参数不变的情况下，改变射孔角度，即旋转射孔方向使之方向（模型 X 方向）的夹角分别为 0°、15°、30°、45°、60°和 7（a）0° （b）15° （c）30°

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