水力压裂过程中诱导应力扰动机制的数值模拟研究

发布时间：2017-04-12 19:08

  本文关键词：水力压裂过程中诱导应力扰动机制的数值模拟研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：水力压裂技术在对致密油气储层增透改造方面发挥了巨大作用。由于开采难度的加大,在进行水力压裂过程中仅仅依靠单一裂缝对储层的改造已不能满足对增透的要求,同样很难取得预期的增产效果。以“分段多簇压裂”、“同步压裂”、“交叉式压裂”等为代表的“体积改造”技术随之产生。体积改造过程中,水力裂缝间交叉、叠加,且缝间距离相对较近,水力裂缝之间也随之发生相互的扰动作用,既有天然裂缝对水力裂缝也同样存在明显干扰。本文针对以上应用需求,以缝间诱导应力干扰为出发点,应用基于渗流-应力-损伤(FSD)耦合方程的RFPA2D-Flow软件,开展了平行裂缝间相互扰动及同步压裂过程中应力扰动相关的模拟研究工作。首先对比分析了单缝诱导应力场的数值解和弹性解析解,揭示了水力裂缝诱导应力对地应力场的影响规律,并进一步分析了网状水力裂缝及天然裂缝受诱导应力场的影响机制。其次对两条预制平行裂缝及两条同步扩展裂缝周边的诱导应力变化规律进行研究,结果表明小裂缝间距、长裂缝和小主应力比更有利于主应力反转和网状裂缝的形成。随后研究了三条同步扩展的平行裂缝的几何形态,研究表明较小缝间距和大主应力比会造成中间裂缝很难起裂或起裂后迅速止裂,不易形成有效裂缝。较小的主应力比值有利于裂缝转向,产生沿原始最小主应力方向的分支裂缝,更有利于在储层中形成复杂裂缝网络。在合适的地应力条件和缝间距下,中间裂缝能突破“扩展抑制期”而进入“二次扩展期”。最后对配对井相同压裂段间裂缝静、动态诱导应力扰动机制进行研究。并研究了天然裂缝对水力裂缝的影响机制,同时对裂隙岩体的同步压裂进行模拟。结果表明,相向延伸水力裂缝的诱导应力相互叠加,其对地应力场产生的扰动作用相对单井裂缝更加明显。水平主应力差较小时,配对井相同压裂段裂缝在相向延伸过程中相互吸引的趋势越明显,分支缝越多；小主应力差、小逼近角且高脆性矿物充填的天然裂缝更易使水力裂缝转向;对于非完全充填雁列式裂缝型储层,大主应力方位与天然裂缝呈30°至60°夹角时,天然裂缝起裂及失稳压力适中,可有效降低施工难度,同时该角度范围也利于一定数量的分支缝形成。同步压裂技术可对目标储层实现充分改造,具有良好应用前景。
【关键词】：应力干扰 诱导应力 平行裂缝 裂缝干扰 同步压裂 天然裂缝 缝网
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE357.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-20
• 1.1 课题研究背景及意义9-11
• 1.2 国内外研究现状11-18
• 1.2.1 诱导应力场研究现状11-12
• 1.2.2 裂缝形态缝间扰动研究现状12-15
• 1.2.3 天然裂缝的影响研究现状15-16
• 1.2.4 “体积改造”技术发展及研究现状16-18
• 1.3 存在问题及本文研究内容18-20
• 1.3.1 当前研究存在的问题18-19
• 1.3.2 本文的主要研究内容19-20
• 2 RFPA~(2D)-Flow简介及数值模型的实现20-24
• 2.1 渗流—应力耦合基本方程20-22
• 2.1.1 基本假定20-21
• 2.1.2 流固耦合的基本方程21-22
• 2.2 渗流—损伤耦合基本方程22-24
• 2.2.1 压剪损伤演化渗流—损伤耦合方程22
• 2.2.2 拉伸损伤演化渗流—损伤耦合方程22-24
• 3 单缝诱导应力场及诱导应力干扰机理24-29
• 3.1 单缝诱导应力场24-26
• 3.2 诱导应力干扰机理26-28
• 3.2.1 诱导应力对水力裂缝复杂度的影响26-27
• 3.2.2 诱导应力对天然裂缝的影响27
• 3.2.3 诱导应力对水力裂缝止裂的影响27-28
• 3.3 本章小结28-29
• 4 平行多缝诱导应力干扰机制29-42
• 4.1 预制平行双缝诱导应力场分析29-34
• 4.1.1 模型介绍29-30
• 4.1.2 裂缝间距的影响30-31
• 4.1.3 裂缝长度的影响31-33
• 4.1.4 原始主应力状态的影响33-34
• 4.2 平行双缝同步扩展诱导应力干扰分析34-36
• 4.2.1 裂缝形态34-35
• 4.2.2 缝同步扩展过程诱导应力分析35-36
• 4.3 平行多缝同步扩展诱导应力干扰分析36-40
• 4.3.1 裂缝间距的影响36-38
• 4.3.2 原始主应力状态的影响38
• 4.3.3 非均匀性的影响38-40
• 4.4 本章小结40-42
• 5 裂隙岩体同步压裂干扰机制的数值模拟研究42-58
• 5.1 同步压裂力学机理42-45
• 5.1.1 同步压裂过程中应力场分析43-44
• 5.1.2 同步压裂对天然裂缝开启的影响44-45
• 5.2 相向延伸裂缝动态干扰机制研究45-47
• 5.2.1 模型介绍45-46
• 5.2.2 计算结果分析46-47
• 5.3 充填天然裂缝对水力裂缝的干扰47-52
• 5.3.1 充填天然裂缝与非充填天然裂缝47
• 5.3.2 干扰模式47-48
• 5.3.3 数值模型48-49
• 5.3.4 主应力差的影响49-50
• 5.3.5 水力裂缝与天然裂缝交角的影响50
• 5.3.6 充填矿物脆性的影响50-52
• 5.4 方位角对未充填雁列式裂缝延伸的影响52-55
• 5.4.1 数值模型52-53
• 5.4.2 计算结果53-55
• 5.5 节理岩体中同步压裂模拟55-56
• 5.6 本章小结56-58
• 结论58-60
• 展望60-61
• 参考文献61-65
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况65-66
• 致谢66-67

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