水力压裂过程中射孔冲蚀效应的数值模拟研究

针对水力压裂过程中射孔冲蚀效应使得射孔簇处射孔数目难以确定的问题,使用FrackOptima全三维水力压裂软件和前期研究建立的射孔冲蚀模型建立算例。通过边界元进行网格离散,使用时间步长算法进行流固耦合数值模拟,定量研究射孔冲蚀效应对裂缝最终形态、压裂液流量分布、射孔摩阻、射孔直径、流量系数、井底压力这6个压裂结果参数的影响规律。研究结果表明:传统非限流压裂过程中射孔摩阻的值和射孔冲蚀导致的摩阻瞬时动态变化较小,因此可以忽略射孔冲蚀效应;而在使用同时多簇限流压裂方法开发非常规油气的过程中,射孔摩阻的值较大且射孔冲蚀导致的摩阻瞬时动态变化较明显,所以必须考虑射孔冲蚀效应。在算例参数条件下,选取8孔/簇可以获得较合适的射孔摩阻,从而较好地平衡应力阴影效应,获得较均匀的多条裂缝发育;同时,确保井底压力在实际压裂安全范围内。

基于FrackOptima的币型水力裂缝模型数值计算研究

当压裂液黏度较小使得无量纲韧性取值大于3时,币型水力裂缝数值计算的准确性和稳定性很难得到保证。因此,使用FrackOptima真三维水力压裂模拟软件开展币型裂缝数值计算研究,重点研究无量纲韧性取值大于3时的计算结果。首先分析了币型裂缝的建模理论和半解析解存在的4组参数条件。随后在该参数条件下建立算例,采用该软件计算币型裂缝的扩展过程,并比较数值模拟结果和相关半解析解运算结果。研究结果表明:数值模拟结果和半解析解运算结果之间的误差绝对值不超过10%。尤其是当压裂液黏度取值很小,使得无量纲韧性取值在3~19之间时,数值计算仍能得到较精确、较稳定的结果。为进一步使用该软件优化实际压裂方案,尤其是优化低黏度滑溜水压裂方案,奠定了理论基础。

基于FrackOptima的PKN型水力裂缝数值模拟分析

使用FrackOptima全三维水力压裂软件模拟计算了PKN型水力裂缝在存储效应主导条件下和滤失效应主导条件下的扩展过程。该软件首先使用边界元素进行离散化网格划分,然后通过边界元算法进行数值模拟。将数值计算结果和相关参数条件下的PKN模型半解析解进行对比。结果表明,在缝高方向上仅设置5个元素的条件下,数值计算结果就能够和半解析解较好地吻合,最大误差不超过10%。研究结果验证了该软件的精度和效率,为进一步使用该软件进行水力压裂实际方案的优化提供了理论基础。

树状分叉网络Kozeny-Carman常数的分形分析

鉴于目前树状分叉网络的KC常数解析表达式尚未知。本文利用分形理论研究了树状分叉网络中的流体运输,计算出了树状分叉网络的有效渗透率,进一步推导出了嵌入在多孔介质中的树状分叉网络复合材料的KC常数的解析表达式,并且讨论了网络微观结构参数对KC常数的影响。结果发现,KC常数不仅与网络微观结构参数有关,还与孔隙率有关。结果表明KC常数随着树状分叉网络长度比和孔隙率的增加而增大,随着直径比的增加而减小。当孔隙率在0.3附近时,KC常数预测值接近经典KC常数值(5)。