水力壓裂擴展的流固耦合數(shù)值模擬研究.pdf

1、本文綜述了國內(nèi)外水力壓裂技術(shù)已取得的研究成果以及水力壓裂數(shù)值模型的演變過程，介紹了滲流場和應(yīng)力場耦合計算的研究進展，并簡要說明了斷裂力學的研究進展和裂紋擴展的數(shù)值方法。從有限元計算機模擬這個角度詳細闡述了水力壓裂數(shù)值模擬涉及到的相關(guān)計算力學技術(shù)。根據(jù)平行板間的壓降方程推導(dǎo)出裂縫面內(nèi)的壓力表達式，并利用ABAQUS用戶子程序接口FLOW和DISP用Fortran編寫出壓力表達式加載程序嵌入到ABAQUS中。建立的計算模型能夠模擬地應(yīng)力、巖

2、石力學特性、壓裂液流體特性等各種復(fù)雜因素對水力壓裂擴展的影響。模擬了水力壓裂縫的擴展過程，并考察了壓裂液粘度、地應(yīng)力等各種地質(zhì)參數(shù)對裂紋擴展的影響。最后建立了薄油層水平多縫的壓裂計算模型，重點模擬了隔層厚度和裂縫條數(shù)對縫間干擾的影響，并提出了縫間干擾控制方法。 通過計算分析得到一些有益結(jié)論。主要有：采用有限元軟件ABAQUS求解可滲透油藏水力壓裂擴展過程問題是可行的。提出了臨界縫寬的概念，它可以作為判斷裂縫是作為起滲透作用的孔隙

3、通道還是作為起導(dǎo)流作用的裂縫的依據(jù)。裂尖的孔隙比與法向應(yīng)力大小成正比，而與靜水壓力成反比。滲流場的孔隙比和靜水壓力成反比關(guān)系。在注入壓力一定的情況下，起裂壓力與最小水平地應(yīng)力、臨界應(yīng)力、初始孔隙壓力成正比，而與壓裂液粘度、最大水平地應(yīng)力、彈性模量無關(guān)；裂縫擴展長度和最大縫寬與最小水平地應(yīng)力、初始孔隙壓力、彈性模量成反比，而與最大水平地應(yīng)力無關(guān)。水力壓裂作業(yè)中，縫長的擴展過程可分為無擴展階段、快速擴展階段、穩(wěn)定擴展階段以及緩慢擴展階段等4