【摘要】：定面射孔水力壓裂是一項(xiàng)非常復(fù)雜的過程,在研究水力壓裂的規(guī)律解決現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工程問題時(shí),主要有以下問題:定面射孔裂縫擴(kuò)展量化規(guī)律不成熟,定面射孔影響裂縫擴(kuò)展主因認(rèn)識(shí)不清,定面射孔對(duì)裂縫形態(tài)控制方法不完善。采用ABAQUS有限元軟件中的擴(kuò)展有限元(XFEM)方法對(duì)定面射孔水力壓裂問題進(jìn)行建模、輸入文件改寫,綜合考慮各影響因素以實(shí)現(xiàn)裂縫擴(kuò)展過程的仿真計(jì)算。重點(diǎn)分析了射孔參數(shù)及射孔面方向?qū)α芽p擴(kuò)展的影響規(guī)律,為定面射孔水力壓裂設(shè)計(jì)提供參考,新方法可促使裂縫的延伸,使泄油面積大幅增加同時(shí)形成系統(tǒng)性的縫網(wǎng),對(duì)低滲透油井的增產(chǎn)潛力的提高作用顯著。擴(kuò)展有限元方法進(jìn)行水力壓裂裂縫擴(kuò)展數(shù)值模擬計(jì)算基本原理為:富集函數(shù)應(yīng)用于有限元基礎(chǔ)上用來模擬新開展裂縫單元,利用水力驅(qū)動(dòng)裂縫單元模擬水力壓裂過程中裂縫的張開擴(kuò)展過程,XFEM單元的起裂準(zhǔn)則為巖石單元達(dá)到最大拉應(yīng)力,按照線性分離規(guī)律擴(kuò)展,巖石單元切向與法向的張開程度符合BK準(zhǔn)則。通過比較前人進(jìn)行水力壓裂相關(guān)的分析研究確定主要研究內(nèi)容如下:分析定面射孔條件下利用XFEM進(jìn)行水力壓裂數(shù)值模擬的理論方法;對(duì)水力壓裂裂縫擴(kuò)展規(guī)律影響因素進(jìn)行初步的討論;分析射孔長度、夾角、間距等對(duì)裂縫擴(kuò)展規(guī)律的作用;分析射孔面位置對(duì)裂縫擴(kuò)展規(guī)律的影響。通過射孔參數(shù)及射孔面方向?qū)α芽p擴(kuò)展規(guī)律的影響研究發(fā)現(xiàn):①射孔間距大于射孔長度,對(duì)射孔之間裂縫融合影響不大,反之裂縫會(huì)比較容易融合;射孔夾角越小,裂縫延伸方向趨于水平方向,反之裂縫延伸方向趨于豎直方向。②在射孔面與最大主應(yīng)力面水平夾角45度、豎直夾角45度情況下,隨著射孔夾角的增大,裂縫擴(kuò)展方向偏轉(zhuǎn)角先減小后增大最后趨于穩(wěn)定,且豎直夾角45度情況變化幅度更大,裂縫擴(kuò)展高度、寬度隨射孔夾角增加而增加。③射孔方向沿著最大主應(yīng)力方向時(shí),裂縫擴(kuò)展方向不發(fā)生偏轉(zhuǎn);射孔面與最大主應(yīng)力面存在水平角,可采用增加定面射孔對(duì)裂縫擴(kuò)展方向加以引導(dǎo);射孔面與最大主應(yīng)力面存在豎直角,可適當(dāng)增大定面射孔夾角,對(duì)裂縫擴(kuò)展方向加以引導(dǎo),但是夾角不能太大,否則起不到引導(dǎo)作用。④射孔間夾角30度情況下,隨著射孔面與最大主應(yīng)力面水平夾角的增大,裂縫偏轉(zhuǎn)角度增大,裂縫橫向擴(kuò)展范圍變化不大;射孔間夾角30度情況下,隨著射孔面與最大主應(yīng)力面豎直夾角的增大,裂縫偏轉(zhuǎn)角度增大,裂縫橫向擴(kuò)展范圍減小。通過總結(jié)計(jì)算得出的水力壓裂裂縫擴(kuò)展規(guī)律,為水力壓裂設(shè)計(jì)、指導(dǎo)水力壓裂裂縫擴(kuò)展的預(yù)測(cè)具有較好的參考作用。
【圖文】：

[1-3]的不斷應(yīng)用，已經(jīng)由常規(guī)射孔、螺旋射孔方法向?qū)α芽p引導(dǎo)更具優(yōu)勢(shì)的定面射孔方式不斷改進(jìn)并且技術(shù)日趨成熟，通過定面射孔條件下的水力壓裂開采方法如圖1-1對(duì)低滲透油氣田產(chǎn)能的提高有重要意義。圖 1-1 定面射孔圖例Fig. 1-1 Fixed perforation legend從前人的研究實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)[4-6]，水力壓裂的射孔方式及射孔參數(shù)對(duì)裂縫的擴(kuò)展影響顯著，不適當(dāng)?shù)纳淇仔问綍?huì)增大巖石的起裂壓力，定面射孔技術(shù)促使裂縫的延伸使泄油面積大幅增加同時(shí)形成系統(tǒng)性的縫網(wǎng)。水力壓裂對(duì)油井的增產(chǎn)潛力的提高作用顯著[7-8]，但是在實(shí)際作業(yè)過程中由于巖層的非均質(zhì)性、天然裂縫的存在、地應(yīng)力的突變等眾多因素的影響會(huì)產(chǎn)生各式各樣的裂縫形態(tài)，比較常見的有以下幾種：裂縫縱向延伸，在地下井筒沿最大主應(yīng)力方向開挖的情況下裂縫沿井筒方向開裂，是豎井壓裂[9]中較為常見的一種裂縫擴(kuò)展方式，對(duì)貫通上下油層作用明顯；裂縫橫向延伸，在水平井水力壓裂中先進(jìn)行射孔作業(yè)，裂縫垂直于井筒擴(kuò)展延伸

水壓力的固體介質(zhì)單元和二階應(yīng)力位移四面體單元。使用擴(kuò)展有限元法模擬水力壓裂問題開裂的發(fā)生和擴(kuò)展。計(jì)算過程不需要重新劃分網(wǎng)格模型，如圖2-1中XFEM可用于二、三維模型選擇一個(gè)任意通過模型或一個(gè)固定增長的裂紋，
【學(xué)位授予單位】：西安理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TE357.11

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2532975