頁巖儲層具有低孔低滲特點,需要水平井多段分簇壓裂增產(chǎn)措施改造儲層體積才能獲得可觀經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量,而水力壓裂后裂縫擴(kuò)展形態(tài)很大程度上決定著壓后增產(chǎn)效果,因此控制和預(yù)測壓裂裂縫擴(kuò)展形態(tài)具有重要意義。水平井多簇裂縫壓裂過程中,裂縫產(chǎn)生的誘導(dǎo)應(yīng)力相互作用不斷擾動局部地應(yīng)力場,并且受頁巖儲層地質(zhì)和施工因素的影響,壓后裂縫擴(kuò)展形態(tài)和延伸規(guī)律異常復(fù)雜。故多簇裂縫壓裂后裂縫擴(kuò)展延伸機(jī)理和形態(tài)變化規(guī)律仍需進(jìn)一步深入研究�；诖吮尘�,本文采用數(shù)值模擬方法對頁巖水平井壓裂裂縫的擴(kuò)展規(guī)律進(jìn)行了研究,具體工作和得到的認(rèn)識如下。(1)基于斷裂力學(xué)理論和擴(kuò)展有限元法,建立水力裂縫擴(kuò)展數(shù)學(xué)模型,通過大物模試驗結(jié)果驗證擴(kuò)展有限元法模擬水力壓裂的正確性和有效性。(2)水平井單簇裂縫擴(kuò)展時,射孔方位角和壓裂液黏度與近井筒處裂縫寬度呈正相關(guān)關(guān)系,與裂縫長度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系;水平應(yīng)力差越高,越易形成“長、直、窄”狀裂縫,反之則形成“短、寬”狀裂縫,增大注入排量會形成“長、寬”狀裂縫。(3)水平井兩簇裂縫同時擴(kuò)展時,裂縫形態(tài)呈“啞鈴”狀;縫間距和水平應(yīng)力差與裂縫長度、轉(zhuǎn)向位置均呈正相關(guān)關(guān)系。注入排量越大,相同條件下裂縫長度最長;三簇、四簇裂縫同時擴(kuò)展時,誘導(dǎo)應(yīng)力作用導(dǎo)致中縫長度受到抑制而兩側(cè)裂縫相互排斥擴(kuò)展延伸;三簇裂縫順序壓裂工況下,較同步壓裂和兩步法壓裂可獲得最長的裂縫。(4)水力裂縫遇90°傾角單條天然裂縫時,在天然裂縫兩端均產(chǎn)生次生裂縫,否則只在小傾角天然裂縫端部產(chǎn)生一條次生裂縫;當(dāng)遇到兩條傾角均為90°的天然裂縫時,第二條天然裂縫將嚴(yán)重抑制由第一條天然裂縫端部產(chǎn)生的次生裂縫長度。本文的研究進(jìn)一步揭示了頁巖水平井壓裂裂縫擴(kuò)展和形態(tài)變化規(guī)律,基于擴(kuò)展有限元模擬水力壓裂的方法可用于分析研究各因素下裂縫擴(kuò)展規(guī)律。
【學(xué)位單位】：西安石油大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TE377
【部分圖文】：

第一章 緒論背景和研究意義著經(jīng)濟(jì)全球化發(fā)展趨勢愈演愈烈，世界各國經(jīng)濟(jì)總量不斷邁入新臺的發(fā)展中國家于 2010 年末一躍成為世界第二大經(jīng)濟(jì)體。中國經(jīng)濟(jì)強(qiáng)斷的能源供應(yīng)，僅僅依賴常規(guī)油氣資源很難滿足和支撐如此之大的填補(bǔ)油氣需求缺口和探尋油氣儲量巨大的新化石能源問題已迫在眉油氣資源分布集中、儲量規(guī)模巨大、開采工藝技術(shù)成熟的特點[1]，資源的重要接替和關(guān)鍵補(bǔ)充。自美國爆發(fā)頁巖氣革命，使得頁巖氣性開采之后，以頁巖氣為首的非常規(guī)油氣資源的勘探和開發(fā)引起世

為油氣進(jìn)入井筒創(chuàng)造更多的導(dǎo)流通道，實現(xiàn)增產(chǎn)目的。圖1-2 即為近井筒附近水平井壓裂形成的體積縫網(wǎng)示意圖。我國不僅關(guān)于頁巖儲層水平井壓裂技術(shù)理論研究起點低，而且水平井多段分簇壓裂后水力裂縫擴(kuò)展規(guī)律等基礎(chǔ)理論認(rèn)識不夠透徹，成為遏制我國非常規(guī)油氣資源可采儲量提升和緩解能源供給不足的瓶頸。因此本文章旨在以 ABAQUS 軟件為平臺，通過擴(kuò)展有限元數(shù)值模擬方法研究水力裂縫在油氣儲層中的擴(kuò)展延伸規(guī)律，不斷完善和認(rèn)識水力裂縫的擴(kuò)展機(jī)理和儲層體積縫網(wǎng)形成的條件，以期通過所研究的成果優(yōu)化水力壓裂設(shè)計參數(shù)、提高施工效率和指導(dǎo)礦場開發(fā)頁巖油氣資源的壓裂施工。圖 1-2 水平井多段分簇壓裂體積縫網(wǎng)示意圖1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1 水平井多簇裂縫擴(kuò)展競爭機(jī)制研究水平井多段分簇壓裂技術(shù)可以在目標(biāo)層通過壓裂多條水力裂縫連通天然微裂縫形成壓裂縫網(wǎng)，增大巖石基質(zhì)改造體積從而實現(xiàn)單井采收率大幅度提高。雖然通過礦場大規(guī)模應(yīng)用積累了豐富的施工經(jīng)驗，但對于壓裂后單簇或多簇裂縫起裂、擴(kuò)展規(guī)律及與天然裂縫相交形成縫網(wǎng)機(jī)制認(rèn)識尚淺，因此通過明確水力壓裂裂縫在地層中的擴(kuò)展規(guī)律才能更好指導(dǎo)壓裂施工生產(chǎn)，進(jìn)而推動工藝技術(shù)進(jìn)步。1978 年，Simonso[8]研究發(fā)現(xiàn)產(chǎn)層和隔層的不同強(qiáng)度關(guān)系能夠決定裂縫是否穿透界面延伸。結(jié)果表明：裂縫擴(kuò)展穿透界面的充要條件為產(chǎn)層硬度高于隔層；否則，裂縫不會穿透界面。1982 年，Van E[9]認(rèn)為相鄰地層是否會起到限制裂縫垂向延伸的作用取決于地應(yīng)力、

第二章 基于 XFEM 的水力壓裂理論基礎(chǔ)質(zhì)基本理論物性參數(shù)概念是一種由多相物質(zhì)組成的空間結(jié)構(gòu)，由固體骨架、孔隙和流是表示巖體內(nèi)三相相對含量的直方圖，如圖 2-1 所示。其中固相顆粒體積；vdV 表示孔隙體積；wdV 表示液相體積。儲層充滿整個孔隙體積）又可部分飽和。若巖石中包含水敏性（骨架顆粒，其吸收的液相體積相當(dāng)大，不能忽略，記該部分液相
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本文編號：2872023