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摘要
在煤砂岩叠置储层中,通过水力压裂技术在纵向上沟通煤岩和砂岩储层成为该类气田高效开发的一种方式。针对煤砂互层中水力裂缝纵向延伸问题,综合应用Biot孔弹性理论、渗流力学、相场法理论建立了多孔介质中水力裂缝扩展计算非线性方程组,并采用有限元法对该非线性方程组进行离散。其中渗流-应力耦合方程组采用Newton-Raphson(NR)法迭代求解,裂缝相场演化方程采用Picard法迭代求解。本文模型将断裂力学中的强不连续裂缝转化为扩散型裂缝,不需要额外的规则来追踪裂缝界面,且裂缝延伸后不需要重新剖分网格。将数值模型计算得到的裂缝宽度与解析模型计算得到的裂缝宽度进行对比,验证了模型的正确性。基于建立的数值模型,研究了煤砂互层中水力裂缝纵向延伸影响因素。研究表明,在煤层中射孔压裂时,上覆地应力与顶底板最小水平地应力差越小、层间界面胶结强度越小、层间界面渗透率越大,水力裂缝越不容易穿过界面而延伸至顶底板砂岩层。注入速率对裂缝延伸轨迹影响很小。当水力裂缝到达层间界面时,会出现憋压现象,从而使得水力裂缝开启层间界面或延伸到顶底板。在顶板砂岩层中射孔压裂时,水力裂缝会穿过上界面而延伸到煤层中,但是水力裂缝难以穿过下界面而延伸到底板砂岩层。在顶板砂岩中射孔压裂比煤层中射孔压裂破裂压力高。
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单位油气藏地质及开发工程国家重点实验室; 石油大学机电工程学院; 西南石油大学
