储层非均质性对水力压裂的影响.pdf

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1、ＪｏｕｒｎａｌｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＧｅｏｌｏｇｙ工程地质学报１００４－９６６５／２０１５／２３（３）０５１１１０ＤＯＩ：１０．１３５４４／ｊ．ｃｎｋｉ．ｊｅｇ．２０１５．０３．０２０储层非均质性对水力压裂的影响①①①①①①②①②王宇李晓李守定郑博李关访吴雨松赵志恒①②张搏（①中国科学院地质与地球物理研究所，中国科学院页岩与地质工程重点实验室北京１０００２９）（②中国科学院大学北京１０００４９）摘要从岩石细观非均质性的特点出发，采用ＲＦＰＡ２ＤＦｌｏｗ软件对单孔和双孔数值模型进行压裂计算，研究岩石非均质性对水

2、力压裂的响应，重点探讨双孔模型孔间“吸引”效应对裂纹演化形态的影响。岩石细观单元的力学、水力学特性由统计分布生成以体现岩石的随机不均质性，水力压裂过程中流体压力传递通过单元渗流－损伤耦合迭代来实现。数值计算结果表明：（１）岩石非均质性影响裂缝的扩展形态，导致水力裂纹尖端微裂纹的分支。随着均质度的增加，水力裂纹的扩展形态变得更加平直光滑，单孔模型两侧裂纹更加对称，双孔间裂纹的连通性变差。（２）岩石的非均匀性对于岩石的起裂压力和地层破裂压力影响较大。随着均质度的增大，起裂应力和地层破裂应力增大，并且两者间的差值逐渐变小，在储

3、层为均质的条件下，两者几乎相等。（３）相同的边界条件下，均质模型的应力分布曲线光滑连续，非均质模型的应力分布曲线呈现出明显波动，井眼对称剖面上的应力分布不尽相同，反映了细观单元强度非均匀性及裂缝扩展形态对应力分布的影响。（４）双孔模型孔间存在孔隙水压力增加带，孔间产生“吸引”效应，双孔方位影响临界压力。研究结果对水压裂试验设计和现场压裂施工具有一定的参考意义。关键词水力压裂非均质性水力裂纹数值模拟裂纹演化中图分类号：Ｐ６４２文献标识码：ＡＩＮＦＬＵＥＮＣＥＯＦＲＥＳＥＲＶＯＩＲＨＥＴＥＲＯＧＥＮＥＩＴＹＯＮＨＹＤＲＯＦＲ

4、ＡＣＴＵＲＥ①①①①①①②①②ＷＡＮＧＹｕＬＩＸｉａｏＬｉＳｈｏｕｄｉｎｇＺｈｅｎｇＢｏＬｉＧｕａｎｆａｎｇＷｕＹｕｓｏｎｇＺｈａｏＺｈｉｈｅｎｇ①②ＺｈａｎｇＢｏ（①ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＳｈａｌｅＧａｓａｎｄＧｅｏｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＧｅｏｌｏｇｙａｎｄＧｅｏｐｈｙｓｉｃｓ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００２９）（②ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００４９）ＡｂｓｔｒａｃｔＢａｓｅｄｏ

5、ｎｔｈｅｍｅｓｏｓｃｏｐｉｃｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｉｔｙｏｆｒｏｃｋ，ｔｈｅＲＦＰＡ２ＤＦｌｏｗｓｏｆｔｗａｒｅｉｓｕｓｅｄｔｏｅｘｐｌｏｒｅｔｈｅｌａｗｏｆｆｒａｃｋｉｎｇ．Ｉｎｔｈｉｓｍｏｄｅｌ，ｍａｔｅｒｉａｌｉｓｄｉｓｃｒｅｔｉｚｅｄｉｎｔｏａｌａｒｇｅｎｕｍｂｅｒｏｆｅｌｅｍｅｎｔｓｗｉｔｈｔｈｅｓａｍｅｓｉｚｅａｎｄｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄｐｅｒｍｅａｂｌｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｉｎｏｒｄｅｒｔｏｒｅｐｒｅｓｅｎｔｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｉｔｙｏｆｒｏｃｋ．Ａｃｏｕｐｌｉｎｇａｎａｌｙｓｉｓｏｆ

6、ｓｅｅｐａｇｅａｎｄｄａｍａｇｅｕｎｄｅｒｈｙｄｒａｕｌｉｃｆｒａｃｔｕｒｉｎｇｏｎｒｏｃｋｉｓｐｅｒｆｏｒｍｅｄｔｏｓｉｍｕｌａｔｅｔｈｅｆｒａｃｔｕｒｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｒｏｃｋ．Ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｎｕｍｅｒｉｃａｌｒｅｓｕｌｔｓｏｆｓｉｎｇｌｅａｎｄｄｏｕｂｌｅｈｏｌｅｍｏｄｅｌ，ｗｅｄｒａｗｔｈｅｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｓａｓｆｏｌｌｏｗｓ：（１）Ｔｈｅｒｏｃｋｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｉｔｙ收稿日期：２０１４－０５－２４；收到修改稿日期：２０１５－０３－２７．基金项目：国家自然科学基金项目（４１２２７９０１，４１３３

7、０６４３），中国科学院战略性先导科技专项Ｂ类（ＧｒａｎｔｓＮｏｓ．ＸＤＢ１００３００００，ＸＤＢ１００３０３００）资助．第一作者简介：王宇（１９８５－），男，博士后，主要从事地质工程与岩石力学试验方面的相关研究工作．Ｅｍａｉ：ｇｏｏｄ５４１５７１８８９＠１２６．ｃｏｍ５１２ＪｏｕｒｎａｌｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＧｅｏｌｏｇｙ工程地质学报２０１５ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓｔｈｅｐａｔｔｅｒｎｏｆｆｒａｃｔｕｒｅ，ｒｅｓｕｌｔｓｉｎｔｈｅｂｒａｎｃｈｉｎｇｏｆｈｙｄｒａｕｌｉｃｆｒａｃｔｕｒｅ．Ｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏ

8、ｆｔｈｅｈｏｍｏｇｅｎｅｉｔｙ，ｆｏｒｍｏｆｈｙｄｒａｕｌｉｃｆｒａｃｔｕｒｅｇｅｔｓｍｕｃｈｓｍｏｏｔｈｅｒ．Ｔｈｅｆｒａｃｔｕｒｅｓｉｎｔｈｅｓｉｎｇｌｅｗｅｌｌｂｏｒｅｍｏｄｅｌａｒｅｍｏｒｅｓｙｍｍｅｔｒｉｃａｌｏｎｂｏｔｈｓｉｄｅｓｏｆｗｅｌｌｂｏｒｅ．Ｔｈｅｃｏｎｎｅｃｔｉｖｉｔｙｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｄｏ