發(fā)布時間：2020-12-07 06:45

　　為了研究水力壓裂過程中裂縫在儲層中的擴展規(guī)律及其擴展過程中縫間的相互干擾作用,以cohesive單元為基礎建立數(shù)值模擬簡化模型,研究分析了不同儲層地質參數(shù)及天然裂縫發(fā)育地層對水力裂縫擴展的影響。通過對比發(fā)現(xiàn):在高脆性的儲層中實施水力壓裂可提高水力裂縫的穿透性,可壓性好;同時高地應力差有助于增加縫長,但對縫寬影響不大;然而在裂縫發(fā)育地層中,較高應力差下縫間的相互干擾有利于激活地層中的天然裂縫,進而相互連接形成復雜水力裂縫網(wǎng)絡。利用水力裂縫擴展有限元方法,對不同裂縫參數(shù)以及不同工作制度下裂縫擴展軌跡進行數(shù)值模擬,研究分析了裂縫的變化規(guī)律以及縫間的應力干擾。通過對比發(fā)現(xiàn):單裂縫時增加初始裂縫角度,水力壓裂前期裂縫偏轉角、縫寬、起裂壓力增加,但壓裂結束后縫長略微減小;近距離直裂縫同時壓裂時縫間應力干擾作用明顯,但裂縫起裂初期并未發(fā)生偏轉,且裂縫直線延伸距離與裂縫間距成正比;近距離斜裂縫壓裂時縫間會形成較強的應力干擾作用,裂縫尖端出現(xiàn)偏轉或者閉合停止擴展,裂縫兩側延伸路徑呈現(xiàn)非對稱;多裂縫間應力干擾區(qū)域的重疊且變化較為劇烈,可改變不同階段裂縫寬度與裂縫擴展方向。本文基于ABAQUS平臺進行數(shù)值模... 

【文章來源】：西安石油大學陜西省

【文章頁數(shù)】：72 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

多孔介質中結構簡化示意圖

第二章水力壓裂模擬的數(shù)學模型13當多孔介質的邊界在受外部載荷時，固體骨架將會發(fā)生變形使接觸面處產(chǎn)生有效應力。由于多孔介質中流體夠承擔并傳遞壓力，同時孔隙中流體的流動狀態(tài)和壓力都會發(fā)生改變，其孔隙流體能夠承擔一部分的外載荷，所以外載荷將由固體承受的應力和流體壓力共同承擔。因此，當巖石在承受外部施加的載荷時，研究孔隙壓力與外載荷間的相互作用是有效應力原理的基礎，而水力壓裂過程中出現(xiàn)的滲流場與應力場的耦合都要涉及到有效應力原理，所以有效應力原理對巖土力學的研究十分重要。圖2-2多孔介質有效應力示意圖如圖2-2所示，邊界所加載的總應力用表示，固體骨架承受的有效應力用表示、濕潤流體的平均流體壓力用Pw表示，其它不濕潤流體的平均壓力用Pnw表示，則有效應力原理的表達式為：=[+(1)]（2-1）式中：—有效應力，Pa；—總應力，Pa；—潤濕相飽和度，無量綱因子；—潤濕相壓力，Pa；—非潤濕相壓力，Pa；—[1，1，1，0，0，0]T單位矩陣。對于Terzaghi有效應力表達式，以及Boit[63]修改后Boit常數(shù)為1時的有效應力表達式，同式2-1所表述的相等效。式中，總應力和有效應力為二階張量用矩陣表示，規(guī)定拉應力為正，當受壓時孔隙壓力則取正值，為單位矩陣；無量綱因子主要和飽和度和流固耦合界面的表面張力密切相關，在多孔介質中的取值在0至1之間變化。為了水力壓裂過程中計算模型的進一步簡化，假設整個模型中的不濕潤相壓力保持恒定，并且相對而言遠小于濕潤相壓力，因此Pnw可以忽略不計。當油藏處于完全飽和狀態(tài)時（=0），有效應力原理表達式簡化成如下形式：=（2-2）

第二章水力壓裂模擬的數(shù)學模型19應變間的變化關系式：=[0+(1)0+]31+1+(1)（2-30）2.3裂縫擴展基本方程2.3.1Cohesive單元簡介如圖2-3所示：三維空間中cohesive單元結構可分為三層，每一層會出現(xiàn)四個節(jié)點，不同節(jié)點所表征的模擬參數(shù)不用。采用cohesive單元模擬水力裂縫起裂與延伸時其單元并不代表真實的巖石，僅用于簡化模擬巖石破壞時巖石結構間的作用力。對于模擬水力裂縫在cohesive單元里的起裂與擴展過程的中裂縫的擴展路徑，只有依賴于cohesive單元網(wǎng)格且擴展過程中水力裂縫不能發(fā)生轉向，只能按照預設的cohesive單元進行裂縫的擴展延伸。圖2-3三維cohesive單元2.3.2單元的本構模型用于描述油藏變形過程中應力-應變關系的數(shù)學模型稱之為本構模型。當油藏巖石處于彈性狀態(tài)時對地層巖石進行有限元分析，此時巖石變形的本構模型其實就是廣義虎克定律，即：{}=[]{}式中：[]方彈性本構矩陣，各向同性線彈性模型的應力-應變具體表達式為：{112233121323}=[1/E//000/1/E/000//1/E0000001/G0000001/G0000001/G]{112233121323}（2-31）式中：E—楊氏模量；G—剪切模量；—泊松比；


本文編號：2902830