致密储层体积压裂缝网扩展模拟研究

Tight oil and gas reservoirs are playing an increasingly important role in future economic development because of the huge amount of resources in this kind. The key technology of its efficient development is volume fracturing, by which the interlaced natural and artificial cracks come into a complicated three dimensional fracture network to enlarge the stimulated reservoir volume and increase production. This project focuses on the law of crack propagation in tight reservoir. On basis of indoor test literature researches, experiments about rock mechanics, fracturing fluid and hydraulic fracture propagation physical simulation will be conducted. The relation of porous elastic stress and strain, the law of flow fracturing fluid and proppant, the interaction criteria between natural fracture and hydraulic fracture will then be established. A coupling model of rock, fluid, natural fracture and hydraulic fracture will be built to realize the whole process simulation of fracturing, propagation and closure based on the extended finite element method. Finally through the verification and application in practice, this research will lead the optimal design of hydraulic fracturing and provide theoretical guide for production prediction in tight reservoirs.

致密储层中的油气由于其巨大的资源量，势必在未来的经济发展中发挥重要作用，其高效经济开发的最关键技术是体积压裂改造，通过形成天然裂缝与人工裂缝相互交错的三维裂缝网络，增加改造区，达到增产的目的。本项目拟通过调研有关致密储层体积压裂扩展模拟的室内试验研究成果，开展岩石力学实验、压裂流体实验和天然裂缝影响下水力裂缝扩展物理模拟实验研究，理清多孔弹性应力应变关系、压裂液--支撑剂流动规律和天然裂缝与水力裂缝的相互作用准则，建立岩石—流体—天然裂缝—压裂裂缝系统的耦合模型，基于扩展有限元方法，实现裂缝起裂、扩展和闭合的全过程模拟，并与现场应用相验证，揭示缝网形成的规律和影响因素，为致密储层的优化压裂设计、以及经济高效开发提供理论指导。

随着经济的快速发展，资源的需求量逐渐增加。致密油气藏作为非常规油气的一种，引起了人们的高度重视。致密储层，渗透率极低，其高效经济开发的最关键技术是体积压裂改造，通过形成天然裂缝与人工裂缝相互交错的三维裂缝网络，增加改造区，达到增产的目的。因此针对致密储层的岩石物理力学性质及裂缝扩展展开研究。利用单轴试验测取了页岩强度、弹性模量和泊松比等参数，为建立致密储层本构模型提供了依据。利用实验方法对压裂流体的流变性进行了研究，发现滑溜水压裂液可以用幂律流体表示。对致密储层裂缝扩展展开实验研究，发现地应力差与微裂缝的发育程度是致密砂岩油藏体积压裂形成缝网的关键因素。在实验研究获得参数基础上，建立了岩石—流体—天然裂缝—压裂裂缝系统的耦合模型，基于扩展有限元方法，编写程序，实现裂缝起裂、扩展和闭合的全过程模拟，并能对裂缝扩展的形态进行展示并进行进一步的产能预测计算。对编写程序进行验证，之后进行现场应用，对总压裂液量、注入速度优选、压裂液粘度等影响进行了敏感性分析及优选。本次研究可以为致密储层的优化压裂设计以及经济高效开发提供理论指导。