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基于XFEM的水力压裂裂缝扩展机理研究

王宝坤  
【摘要】:目前我国大部分油田的高渗透区块已经处于开发后期,产能较低,对储量巨大的低渗透油气资源的开采,有望成为油气资源产能不足的关键补充。水力压裂技术是提高低渗透储层开采效率的主要方法,因此水力压裂裂缝扩展机理研究具有十分重要的工程实际意义。本文结合断裂力学、岩石力学理论和扩展有限元方法(XFEM),对水力压裂裂缝扩展机理进行了深入研究,主要工作内容和成果如下:基于XFEM方法,建立并改进了水力压裂数值模型,研究了在不同地应力和射孔角度下水力裂缝的起裂与扩展规律,并与文献结果对比,结果吻合度较好,验证了数值模型的正确性。理论分析了裂缝附近诱导应力分布规律,基于Sneddon公式的不足,引入渗透系数,研究流体渗透作用对裂缝附近诱导应力的影响,数值模拟了水力裂缝在不同渗透系数岩石中的诱导应力分布情况,通过提取裂缝周围诱导应力和缝内净压力数值与解析解对比,验证了模型在计算诱导应力方面的准确性。建立了多裂缝压裂数值模型,通过编辑ABAQUS软件的INP文件,对不同分析步进行优化,实现了对多裂缝不同压裂模式的模拟,首先研究了两条水力裂缝在不同间距、不同地应力差条件下对裂缝扩展的影响规律,在此基础上,分析了同步压裂及分步压裂中不同裂缝间距和压裂方法对三条裂缝的扩展轨迹、缝宽和缝内压力的影响规律。基于断裂力学和岩石力学理论,对水力裂缝和天然裂缝相交结果判断准则进行了改进,将数值模拟结果和文献结果与其比较,验证了准则的正确性。通过改进的准则研究了各个参数,如交汇角度、地应力差、天然裂缝界面摩擦系数等因素对两种裂缝相互作用的影响规律。


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