針對(duì)常規(guī)算法難以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)煤層轉(zhuǎn)向壓裂過程中裂縫跳躍式、不連續(xù)偏轉(zhuǎn)的問題,提出采用計(jì)算精度高、計(jì)算量小且在解決局部特征問題和模擬各種不連續(xù)性傳播方面具有顯著優(yōu)勢(shì)的擴(kuò)展有限元算法模擬煤層轉(zhuǎn)向壓裂過程,實(shí)現(xiàn)對(duì)裂縫軌跡的精準(zhǔn)預(yù)測(cè)。通過有限元離散化的方法得到了轉(zhuǎn)向壓裂過程的擴(kuò)展有限元模型�；贏BAQUS軟件平臺(tái),采用擴(kuò)展有限元算法對(duì)轉(zhuǎn)向壓裂試驗(yàn)的裂縫軌跡進(jìn)行了預(yù)測(cè),并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析;采用擴(kuò)展有限元與有限元算法對(duì)現(xiàn)場(chǎng)壓裂的裂縫軌跡進(jìn)行了預(yù)測(cè),并與現(xiàn)場(chǎng)微震監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比分析。結(jié)果表明,采用擴(kuò)展有限元算法預(yù)測(cè)的裂縫軌跡為關(guān)于注液點(diǎn)對(duì)稱的雙翼型裂縫;裂縫在射孔端起裂后逐漸發(fā)生偏轉(zhuǎn)直到與最大水平地應(yīng)力方向一致,偏轉(zhuǎn)幅度先增后減;擴(kuò)展有限元算法預(yù)測(cè)的裂縫軌跡與壓裂試驗(yàn)結(jié)果及現(xiàn)場(chǎng)微震監(jiān)測(cè)點(diǎn)具有較高的匹配性,證明了該算法的準(zhǔn)確性與可靠性。

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【部分圖文】：

圖1水力裂縫轉(zhuǎn)向擴(kuò)展示意圖

當(dāng)裂縫的起裂或擴(kuò)展方向與水平最大地應(yīng)力方向存在偏差時(shí),裂縫在擴(kuò)展過程中會(huì)不斷地向水平最大地應(yīng)力方向偏轉(zhuǎn)直到到達(dá)水平最大地應(yīng)力方向,形成一條雙翼轉(zhuǎn)向型裂縫,如圖1所示。裂縫的延伸方向與水平最大地應(yīng)力方向不一致時(shí),裂縫擴(kuò)展過程中不僅受到拉應(yīng)力的作用,還會(huì)受到剪應(yīng)力的影響。其中,拉應(yīng)力....

圖2擴(kuò)展有限元計(jì)算流程示意圖

擴(kuò)展有限元算法的計(jì)算流程如圖2所示。首先,將應(yīng)力場(chǎng)、位移場(chǎng)、基本控制等方程有限元離散化,得到模擬區(qū)域的應(yīng)力-滲流耦合方程矩陣,該矩陣涉及應(yīng)力、應(yīng)變、位移、滲透率、飽和度、孔隙度等參數(shù);之后將表征整體劃分特性的位移向量函數(shù)代入應(yīng)力-滲流耦合方程矩陣,得到煤巖體變形的總體剛度矩陣;最....

圖3預(yù)測(cè)結(jié)果及其與試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比

擴(kuò)展有限元算法預(yù)測(cè)的裂縫軌跡及其與壓裂試驗(yàn)得出的裂縫軌跡的比較如圖3所示。擴(kuò)展有限元算法預(yù)測(cè)的裂縫軌跡為雙翼對(duì)稱型,裂縫在射孔端起裂后逐漸發(fā)生偏轉(zhuǎn)直到與最大水平地應(yīng)力方向一致。通過與試驗(yàn)結(jié)果的比較發(fā)現(xiàn),擴(kuò)展有限元算法預(yù)測(cè)的結(jié)果與室內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果反映的規(guī)律大致相同,且都在擴(kuò)展過程中發(fā)生....

圖4數(shù)值模型示意圖

沁水盆地柿莊區(qū)塊是煤層氣開采的示范區(qū)之一,該區(qū)塊進(jìn)行過多次轉(zhuǎn)向壓裂作業(yè),并取得了良好的效果。該區(qū)塊的3號(hào)煤層具有低平寬緩的構(gòu)造背景,天然裂縫相對(duì)較少。因此,選取該區(qū)塊3號(hào)煤層的地質(zhì)及力學(xué)參數(shù)、壓裂施工參數(shù)為基礎(chǔ)參數(shù),在ABAQUS數(shù)值模擬軟件中建立如圖4所示的二維水力裂縫轉(zhuǎn)向擴(kuò)展....

本文編號(hào)：3893794