基于孔弹性效应的水平井多簇压裂诱导应力及裂缝扩展分析

页岩等非常规油气储层水平井分段压裂改造用液规模大,返排效率低,其诱发的孔弹性效应不可忽视,然而孔弹性效应对缝间应力干扰、多裂缝竞争扩展的影响机理尚未明晰。为了揭示压裂液滤失诱发的孔弹性效应对地应力场及多裂缝扩展的影响规律,基于平面三维多裂缝模型,在考虑液体滤失诱发的孔弹性效应的基础上,建立了水平井压裂裂缝扩展数学模型,并开展了水平井多簇压裂裂缝扩展数值模拟研究,针对孔弹性诱导应力导致多裂缝扩展不均匀提出了解决的工艺手段。研究结果表明:①孔弹性应力与裂缝诱导应力具有相似的效果,其大小约为裂缝诱导应力的30%,影响范围约为裂缝诱导应力的40%;②孔弹性效应会增大缝内压力、强化缝间应力干扰、加剧裂缝不均衡扩展,与不考虑孔弹性效应的模拟案例相比,考虑孔弹性效应后裂缝宽度降低约8%,缝内压力升高约0.5 MPa,井底压力升高0.62 MPa,各簇瞬时进液差异系数升高6.5%、整体进液差异系数升高5%;③保持限流射孔摩阻为3~6 MPa可在一定程度上克服孔弹性效应对各簇均衡进液的负面影响。结论认为,孔弹性效应研究可为水平井多簇压裂诱导应力及裂缝扩展分析提供重要的理论支撑和依据,该成果可为非常规油气储层现场压裂设计提供更加全面的参考依据。

基于扩展有限元的非对称四点梁复合型开裂分析

针对裂纹在三维实体中沿曲线或曲折路径扩展问题,应用三维扩展有限元的基本原理,结合ABAQUS有限元分析软件和粘聚裂缝模型,对混凝土梁在荷载作用下的复合型开裂过程进行了数值模拟分析。模拟结果与试验资料对比分析结果表明,基于扩展有限元法的三维模型对裂纹路径具有较高的预测精度,能有效分析实际工程中的复杂断裂失效问题。

煤层顶板水平井穿层压裂适应性数值模拟

中国煤层气资源丰富,但煤层物性差、开发难度大,压裂是实现煤层气有效动用的关键技术之一。由于煤层强度低、易破碎、易坍塌,不利于后续压裂改造,煤层顶板水平井压裂技术为软煤层煤层气开发提供了新的思路。然而,目前适合上述压裂工艺的有利地质条件不明晰,水平井离煤层顶面距离、簇间距等参数的确定尚缺乏理论依据。为此,基于平面三维多裂缝扩展模型,同时考虑层间垂向断裂韧性及滤失非均质性,建立了煤层顶板水平井分段多簇压裂裂缝扩展数学模型。研究结果表明:①煤层为相对低地应力时,压裂裂缝沟通煤层的效果好,压裂效果较为理想,而煤层为相对高地应力时,压裂效果则较差;②水平井与煤层顶面距离对穿层压裂效果有重要影响,特别是在“低—高—低”地应力组合剖面下,为获得理想的压裂效果,建议水平井与煤层顶面距离在4 m以内;③地应力组合剖面是压裂效果的关键控制因素,煤层断裂韧性、滤失系数为次要控制因素。结论认为,该研究成果为我国煤层气有效动用和效益开发提供了理论支撑。