扩展有限元应用于致密储层水力压裂的数值研究

发布时间：2020-12-31 04:44

　　非常规油气藏的储量丰富,但是由于其渗透率极低,开采难度较大,必须通过采用水力压裂技术产生水力裂缝达到增产的目的。另外,地质结构一般异常复杂,存在大量天然裂隙和层理结构,它们与水力压裂裂缝相互连通有利于提高裂缝网络的连通性,从而进一步提高产量。为确保形成有效的裂缝网络,研究水力压裂过程的影响因素至关重要。本文建立了基于离散裂缝模型和扩展有限元法的二维水力压裂模型,该模型考虑了压裂液流动、岩石变形、流固耦合作用及裂缝的相交规律,并且基于扩展有限元法的优势只需采用规则的正交网格。流固耦合体现在基质中压裂液渗流与固体骨架变形的相互影响,压力场影响骨架变形从而改变裂缝宽度,裂缝宽度反过来会改变裂缝的渗透率继而影响压力场。为准确描述地应力的影响,本文将位移场分解为地应力引起的初始位移场和压裂液作用的有效位移场。另一方面,在求解应力强度因子时采用考虑体积力影响的相互作用J积分域形式,避免了裂尖应力奇异造成的误差。为了验证本文模型的可靠性,首先与经典的KGD模型理论解进行对比,运用本文模型模拟得到裂缝扩展过程的裂缝长度与最大缝宽数值解与理论解相吻合,同时还与判断相交裂缝穿透与否的实验结果进行了对比,对... 

【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校

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【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１．１我国石油资源分布??水力压裂技术最早于１９４７年出现在美国的堪萨斯州，己经经历了七十多年??

＊？?鹬海Ｍ＿＿气國??图１．１我国石油资源分布??水力压裂技术最早于１９４７年出现在美国的堪萨斯州，己经经历了七十多年??的研究发展ｍ，而我国最早于１９５５年在玉门油田运用水力压裂技术进行开采。??该技术最初在２０世纪６０年代中期以前只针对较浅储层的水平裂缝，到２０世纪??６０年代中期以后发展为垂直裂缝，再到２０世纪９０年代逐渐重视对低渗油气藏??的开采，其中水平井压裂运用得最为广泛，最后发展到现在拥有清水压裂、总体??优化压裂、（：０２泡沫压裂、小井眼压裂等多种压裂技术［８］。水力压裂主要针对不??同的地质条件和不同特点的油气藏进行技术改进，其中清水压裂成本低、对地层??的损害较小，主要运用于较浅的油气藏；低渗砂岩油气藏主要应用总体优化压裂??技术；低压、水敏油气藏主要应用Ｃ０２泡沫压裂

二维水力压裂模型中裂缝的高度为定值，压裂液在裂缝内部为一维流动，该??模型的代表有ＫＧＤ模型和ＰＫＮ模型。??ＫＧＤ模型最初由Ｋｈｒｉｓｔｉａｎｏｖｉｃ和Ｚｈｅｌｔｏｖ［３１］针对垂直裂缝建立，如图１．３所??示，该模型为水平面内平面应变模型，裂缝横截面为矩形，裂缝高度方向缝宽相??等。１９６９年Ｇｅｅｒｔｓｍａ和Ｋｌｅｒｋ［３２］修正了?ＫＧＤ模型，涉及如何计算流体的滤失??量，随后ＤａｎｅＳｈｙ［３３］在研究工作中引入了压裂液的幂律性质，并完善了假设条件。??＿：：丨：丨：：：：丨：：丨丨丨丨：：丨：ｏ：東??議＿＿｜咖丨霉：丨：：地应力??水平截面??图１．３?ＫＧＤ模型示意图??ＰＫＮ模型最初在１９６１年由Ｐｅｒｋｉｎｓ和Ｋｅｍ［３４］提出，该模型在竖直面内假设??５??


本文编号：2948989