頁巖儲層水平井水力裂縫起裂與擴展特征的數值模擬分析(1)

1、碩士學位論文頁巖儲層水平井水力裂縫起裂與擴展特征的數值模擬分析NumericaIlnve髓igationonHyd陽uIicF陽cturelnitiationandPropagationBehaviorinHorizontaIWesofShaIeResen，oir作者姓名：李志超學21206023大連理工大學碩士學位論文摘要受頁巖儲層低滲透物性的影響，頁巖氣(油)藏需要經過水力壓裂改造后才能開采。由于水平井在增加與儲層接觸面積、降低費用

2、、擁有長期的穩(wěn)產能力等方面具有明顯的優(yōu)勢，它在頁巖氣開發(fā)中得到了廣泛的應用，尤其是與滑溜水多級壓裂相配合時，增產效果更為顯著。絕大多數壓裂作業(yè)是在套管射孔完井之后進行的，而水力裂縫的起裂與頁巖巖石力學特性和頁巖儲層力學性質的非均勻性息息相關，因而射孔完井后實際的裂縫起裂和延伸是復雜多樣的。此外，頁巖儲層常發(fā)育有大量天然裂縫和層理，對頁巖儲層的水力壓裂可形成大規(guī)模網狀裂縫，這就是通常的體積壓裂的效果。本文在中國石油科技創(chuàng)新基金資助項目(2

3、013D5006—0211)、國家自然科學基金資助項目(51479024)、國家重點基礎研究計劃973項目(2014CB047103)的資助下，基于對前人闡述的巖體水力壓裂機理的認識，從壓裂過程中水力耦合作用的滲流應力損傷模型出發(fā)，并使其在有限元軟件RFPA滲流版中實現，對有限的巖心物理實驗結果進行了模擬和分析評價，得到后續(xù)有關章節(jié)相關的實驗參數，進而開展對頁巖儲層水平井水力裂縫的起裂和擴展特征的數值模擬研究。首先，對水平井定向射孑L水

4、力裂縫的起裂特征進行了數值模擬研究，并就地應力差和射孔方位角兩因素對其影響建立數值模型展開了詳細分析，得到的結果顯示有水力裂縫可能不在射孔端起裂的情況，在此基礎上，進一步探討了壓裂雙裂縫形成的可能性和條件。此外，模擬了裂縫延伸至產層與隔層界面處的穿層現象。數值分析結果進一步豐富對水平井射孔參數優(yōu)化及水力壓裂施工的研究。其次，鑒于頁巖儲層通常發(fā)育有大量的天然裂縫，對層狀頁巖儲層中水力裂縫與天然層理的相互作用以及縫網的形成規(guī)律進行了數值模擬

5、，借鑒水平應力差異系數初步分析體積壓裂技術的效果，同時建立數值模型分析了地應力差、脆性指數、層理特征等因素對形成的壓裂縫網復雜程度的影響，希望能對頁巖儲層壓裂縫網形成的研究和設計提供些許參考。最后，依據目標儲層實際情況對單井不同間距裂縫周圍的應力分布及相互干擾現象進行了數值分析，對壓裂裂縫間距進行優(yōu)化選擇，并進一步分析了兩井同步壓裂時壓裂段裂縫的合理間距，在此基礎上，綜合評價了兩種壓裂方案。關鍵詞：水力壓裂；數值模擬；裂縫起裂；裂縫擴展