致密砂岩在压裂渗流过程中的水力耦合作用机理

It is of great significance for the transformation of energy mix in China to accelerate the exploration and development of tight sandstone gas. However, the low permeability of tight sandstone has restricted the large-scale exploitation of tight sandstone gas. The project aims to study the spatio-temporal distribution of pore fluid, the mechanism of microcrack propagation, and the evolution of permeability in the process of fracturing through a series of laboratory experiments, theoretical analyses and numerical simulations. By establishing a hydromechanical coupling model of tight sandstone, the interaction mechanism between water diffusion and microcrack propagation, and the influencing mechanism of microcrack characteristic on permeability evolution can be revealed. Then, an assessment system of influencing parameters will be developed for quantification of the mechanical stability and efficiency of exploitation for the tight sandstone reservoir in the process of fracturing. This project may provide new theoretical guidance and scientific basis for the effective large-scale exploitation of tight sandstone reservoir.

加快我国致密砂岩气的勘探开发对于我国能源结构转型具有重要意义。然而致密砂岩的低渗特性制约了致密砂岩气的大规模开采。本项目旨在通过一系列室内压裂渗流实验，结合理论分析和数值模拟，研究孔隙内流体分布时空演化特征，微裂纹扩展规律和破裂类型，以及渗透率演化规律及模型，揭示致密砂岩在压裂渗流过程中流体驱替与裂纹扩展的相互作用机制，以及水力裂纹对渗透特性的改造机制，从而建立致密砂岩在压裂渗流过程中的水力耦合模型。最后通过参数敏感性分析提出一套致密砂岩水力耦合作用的评价指标体系，定量化评估致密砂岩在开采过程中的力学稳定性和开采有效性，为实现大规模安全有效压裂开采致密砂岩气提供新的理论指导和科学依据。

围绕致密砂岩气安全高效开采的问题，以四川盆地下沙溪庙组致密砂岩为研究对象，综合采用室内岩心实验和数值模拟，开展了不同层理面致密砂岩样本在不同应力条件下的多通道波速测量实验，研究了纵波速度分别在静水条件及偏应力条件下的演化机制，并基于离散单元法，建立了岩石微裂纹演化模型，揭示了不同层理面岩石在不同应力条件下的微观结构演化机制；通过开展致密砂岩在不同水力条件下的三轴压缩和水力压裂实验研究，对水运移分布与声发射震源位置进行定量化表征，研究不同水力条件下致密砂岩的破坏特征及微裂纹扩展规律；此外，基于颗粒流离散单元法以及有限元数值模拟方法，开发了致密砂岩水力耦合算法，通过不同尺度的参考实例充分验证了程序的可靠性和适用性，为岩石水力耦合作用的数值模拟提供了一种新的分析工具揭示了水力裂缝扩展过程中流体运移和裂缝扩展的竞争机制。