水力压裂对断层应力场扰动的数值模拟（英文）

作者：胡隽^*; 曹俊兴; 何晓燕; 王权锋; 徐彬

来源：Applied Geophysics, 2018, 15(Z1): 367-566.

• 水力压裂
• 孔隙压力
• 断层活化
• 诱发地震
• 数值模拟

用有限差分程序Flac3D构建了水力压裂对邻近断层应力场扰动的三维模型,对压裂过程中模型内部及断层面的孔隙压力、剪切应力和正应力的演化进行了详细分析。模拟所用的岩石力学参数为研究区页岩样品的室内测试数据,断层参数主要参考乐义乡-扎子坳逆断层的主要性质。模拟结果表明,16小时压裂注水所产生的孔隙压力变化能够形成附近断层的明显活化,其上下盘观察到显著的相对滑动,断层面上的剪切应力及位移也逐渐增大。值得注意的是,施加孔隙压力的第1个小时内体现出最为强烈的应力应变,屈服点出现在注水后0.5h左右。为了便于观察各个截面的应力场演化过程,限制了边界上的法向位移,断层面也进行了非渗透设定,这些假设限制了大滑动变形的发生,使得模拟得出的剪切位移量仅有毫米量级,诱发震级基本在Mw-3.5,至Mw-0.2之间。另外,模拟结果显示出压裂注水后岩体内部发生的不均匀破裂,主要破裂区域位于压裂注水点附近,其他区域的破裂程度虽相对较小,但是仍然能够在断层面上观察到不可忽略的活化现象。关键参数的灵敏度分析表明孔隙压力对最大不平衡力的敏感度最高,内摩擦角则对断层滑动量的影响更大。最后,通过比较断层面上有效正应力和最大最小主应力的模拟结果,发现断层失稳的力学解释是莫尔圆向左移动的同时半径减小,使其更易与临界包络线相交致使断层面发生滑动。

• 单位
  油气藏地质及开发工程国家重点实验室; 成都理工大学