考虑超临界CO_(2)损伤的椭球形三维裂缝计算新模型

1

作者 纪国法 林中天 +1 位作者 聂一林 赵文伟 《大庆石油地质与开发》 CAS 北大核心 2024年第6期61-70,共10页

目前超临界CO_(2)压裂研究成果多集中于室内岩石损伤机理和劣化力学参数测试,对压裂形成的三维裂缝形态研究较少。为刻画超临界CO_(2)压裂过程的裂缝形态展布,基于Griffith断裂力学理论,建立了平面应变条件下椭球形裂缝扩展的三维计算... 目前超临界CO_(2)压裂研究成果多集中于室内岩石损伤机理和劣化力学参数测试,对压裂形成的三维裂缝形态研究较少。为刻画超临界CO_(2)压裂过程的裂缝形态展布,基于Griffith断裂力学理论,建立了平面应变条件下椭球形裂缝扩展的三维计算新模型;结合前人室内测试结果,回归了岩石弹性力学参数与超临界CO_(2)多浸泡因素关联式,讨论了超临界CO_(2)压力、温度、施工排量、初始弹性模量、初始泊松比、缝内净压力、储层厚度等参数对裂缝扩展形态的影响。结果表明:针对上下存在水层的目的层采用超临界CO_(2)压裂时更应采取控缝高的措施;针对低渗储层,可优先考虑超临界CO_(2)压裂;超临界CO_(2)压裂工艺更适用于最小水平主应力大的储层;超临界CO_(2)压裂时,有助于低排量下获得相同的平均缝宽。研究成果对非常规油气水平井超临界CO_(2)压裂裂缝参数优化具有重要意义。 展开更多

关键词 超临界CO_(2) 岩石力学 损伤 三维裂缝 模型 平面应变

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水平井分段压裂平面三维多裂缝扩展模型求解算法 被引量：24

2

作者 陈铭 张士诚 +2 位作者 胥云 马新仿 邹雨时 《石油勘探与开发》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2020年第1期163-174,共12页

针对多层油气藏水平井分段多簇压裂设计问题,提出平面三维多裂缝扩展模型高效解法。采用三维边界积分方程计算固体变形,考虑井筒-射孔-裂缝耦合流动及缝内流体滤失。利用显式积分算法求解流固耦合方程,根据尖端统一解析解和最短路径算... 针对多层油气藏水平井分段多簇压裂设计问题,提出平面三维多裂缝扩展模型高效解法。采用三维边界积分方程计算固体变形,考虑井筒-射孔-裂缝耦合流动及缝内流体滤失。利用显式积分算法求解流固耦合方程,根据尖端统一解析解和最短路径算法计算裂缝扩展边界。方法的准确性通过与径向裂缝解析解、隐式水平集算法和有机玻璃压裂实验对比得到全面验证。与隐式水平集算法相比,新算法计算速度大幅提高。以浙江油田页岩气水平井为例,重点分析了平面应力分布、射孔数分布等对多簇裂缝扩展与进液的影响。研究表明,减小单簇射孔数可以平衡簇间应力非均质分布的影响;调整各簇射孔数量可以实现均衡进液,各簇射孔数差别应控制在1~2孔;增加高应力簇的射孔数有利于均匀进液,但进液均匀并不等于裂缝形态一致,裂缝形态受应力干扰和层间应力剖面共同控制。 展开更多

关键词 水平井 分段压裂 多裂缝扩展 三维边界元 平面应力非均质 射孔优化

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多裂缝形式下沥青混合料梁裂缝扩展研究

3

作者 朱海鹏 刘海彬 林小雄 《山西建筑》 2024年第18期128-131,共4页

采用接近实际路面受力形式的平面支撑方式,对从参考标准高速公路搅拌、摊铺、碾压方式形成的沥青混凝土路面切割下的沥青混合料梁试件,开展表面、底部裂缝共存形式下路面面层裂缝扩展模拟,以期研究沥青路面面层顶部、底部裂缝共存形式... 采用接近实际路面受力形式的平面支撑方式,对从参考标准高速公路搅拌、摊铺、碾压方式形成的沥青混凝土路面切割下的沥青混合料梁试件,开展表面、底部裂缝共存形式下路面面层裂缝扩展模拟,以期研究沥青路面面层顶部、底部裂缝共存形式下的裂缝扩展行为;针对沥青混凝土路面为包含沥青基质、骨料、空隙等的多相复合材料特点,基于ABAQUS平台建立沥青混合料梁细观异质模型,探讨了该模型下裂缝偏离跨中不同距离下裂缝扩展行为。在此基础上,进一步对复合小梁均质、细观异质模型偏裂缝形式下裂缝扩展过程中应力分布进行了对比分析,得出两者应力状态存在明显的不同,均质模型应力分布总体较均匀、突变不明显;细观异质模型则刚好相反,应力分布极不均匀,骨料周边应力突变较明显。两种模型对比而言,细观异质模型能够更好地解释试验过程中梁裂缝扩展沿着骨料周边进行,并且试验过程中骨料周边出现多裂纹的现象。梁细观异质模型数值模拟为建立更准确的路面裂缝扩展模型提供了参考。 展开更多

关键词 平面支撑 裂缝扩展 沥青混合料梁 细观异质模型 骨料 沥青基质

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页岩水平井水力压裂裂缝扩展及防窜三维地质模拟

4

作者 王挺 汪杰 +3 位作者 江厚顺 续化蕾 姚自义 南冲 《新疆石油地质》 CAS CSCD 北大核心 2023年第6期720-728,共9页

四川盆地页岩气水平井大多通过大段多簇细分切割技术进行压裂改造,由于大排量和大规模施工以及加密井完钻,井间干扰严重,导致页岩气井产能降低。优化增产措施和完井策略,明确水力压裂裂缝扩展规律,对降低井间压窜风险尤为重要。利用三... 四川盆地页岩气水平井大多通过大段多簇细分切割技术进行压裂改造,由于大排量和大规模施工以及加密井完钻,井间干扰严重,导致页岩气井产能降低。优化增产措施和完井策略,明确水力压裂裂缝扩展规律,对降低井间压窜风险尤为重要。利用三维地质力学模型,在考虑储集层非均质性、地应力各向异性、裂缝间相互作用以及缝网分布的情况下,进行了相邻2口水平井的水力压裂裂缝扩展和防窜模拟。研究结果表明,水平应力差、天然裂缝密度和用液强度较大,逼近角和簇间距较小,均会导致较大的压窜风险。 展开更多

关键词 四川盆地 页岩气 三维地质力学模型 裂缝扩展 数值模拟 水平井 压窜 井间干扰 水力压裂

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基于孔弹性效应的水平井多簇压裂诱导应力及裂缝扩展分析 被引量：1

5

作者 郭天魁 王云鹏 +5 位作者 陈铭 翁定为 田助红 胡尊鹏 张遂安 贺甲元 《天然气工业》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第10期64-72,共9页

页岩等非常规油气储层水平井分段压裂改造用液规模大,返排效率低,其诱发的孔弹性效应不可忽视,然而孔弹性效应对缝间应力干扰、多裂缝竞争扩展的影响机理尚未明晰。为了揭示压裂液滤失诱发的孔弹性效应对地应力场及多裂缝扩展的影响规律... 页岩等非常规油气储层水平井分段压裂改造用液规模大,返排效率低,其诱发的孔弹性效应不可忽视,然而孔弹性效应对缝间应力干扰、多裂缝竞争扩展的影响机理尚未明晰。为了揭示压裂液滤失诱发的孔弹性效应对地应力场及多裂缝扩展的影响规律,基于平面三维多裂缝模型,在考虑液体滤失诱发的孔弹性效应的基础上,建立了水平井压裂裂缝扩展数学模型,并开展了水平井多簇压裂裂缝扩展数值模拟研究,针对孔弹性诱导应力导致多裂缝扩展不均匀提出了解决的工艺手段。研究结果表明:①孔弹性应力与裂缝诱导应力具有相似的效果,其大小约为裂缝诱导应力的30%,影响范围约为裂缝诱导应力的40%;②孔弹性效应会增大缝内压力、强化缝间应力干扰、加剧裂缝不均衡扩展,与不考虑孔弹性效应的模拟案例相比,考虑孔弹性效应后裂缝宽度降低约8%,缝内压力升高约0.5 MPa,井底压力升高0.62 MPa,各簇瞬时进液差异系数升高6.5%、整体进液差异系数升高5%;③保持限流射孔摩阻为3~6 MPa可在一定程度上克服孔弹性效应对各簇均衡进液的负面影响。结论认为,孔弹性效应研究可为水平井多簇压裂诱导应力及裂缝扩展分析提供重要的理论支撑和依据,该成果可为非常规油气储层现场压裂设计提供更加全面的参考依据。 展开更多

关键词 平面三维裂缝扩展模型 边界元法 水平井压裂 孔弹性 诱导应力 裂缝均匀扩展 限流压裂

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低渗透储层水力压裂三维裂缝动态扩展数值模拟 被引量：12

6

作者 朱君 叶鹏 +2 位作者 王素玲 肖丹凤 王慧 《石油学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第1期119-123,共5页

随着低渗透油气藏的大量开发,迫切需要具有一套适用于现场实际使用的三维水力裂缝几何形态的预测软件。通过力学分析,依据流固耦合效应、岩石材料的非线性效应以及裂缝扩展的动态效应,建立了低渗透油层水力压裂三维裂缝动态扩展力学模型... 随着低渗透油气藏的大量开发,迫切需要具有一套适用于现场实际使用的三维水力裂缝几何形态的预测软件。通过力学分析,依据流固耦合效应、岩石材料的非线性效应以及裂缝扩展的动态效应,建立了低渗透油层水力压裂三维裂缝动态扩展力学模型,运用有限元方法进行求解,实现了低渗透油层三维裂缝形成过程的动态描述。对肇38-271井进行了模拟计算。计算的裂缝形态与现场测试的裂缝形态对比表明,模拟计算平均误差率为10.7%,能满足工程精度要求。建立的低渗透储层三维水力裂缝的模拟方法和技术,可对低渗透储层条件下的水力压裂设计提供准确的预测手段,提高了低渗透储层水力压裂措施的成功率。 展开更多

关键词 低渗透储层 流固耦合效应 水力压裂 三维裂缝动态 扩展力学模型 数值模拟

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水平井水力裂缝非平面扩展研究 被引量：33

7

作者 张广清 陈勉 《石油学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第3期95-97,101,共4页

基于最大拉伸应力准则和拉格朗日极值法,建立了水平井筒附近水力裂缝空间转向模型,用于分析三向地应力和井筒内压作用下水平井筒水力裂缝的起裂位置和扩展形状。根据此模型,编制了数值计算程序。针对所建立的理论模型,在真三轴水力压裂... 基于最大拉伸应力准则和拉格朗日极值法,建立了水平井筒附近水力裂缝空间转向模型,用于分析三向地应力和井筒内压作用下水平井筒水力裂缝的起裂位置和扩展形状。根据此模型,编制了数值计算程序。针对所建立的理论模型,在真三轴水力压裂模拟装置上采用300mm×300mm的岩石试样进行了物理模拟,模型计算结果与物理模拟结果基本一致。通过模拟计算和物理试验,得到了井筒附近水力压裂裂缝空间转向的基本规律。研究结果表明,水平井井筒附近水力裂缝确实存在空间转向现象,裂缝在转向前与井筒的距离随井筒方位角增大而增加,但增加幅度不大,大致发生在3倍井筒直径的范围内。 展开更多

关键词 水力压裂 裂缝非平面扩展 水平井 物理模拟 计算模型

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多孔混凝土裂缝扩展三维数值模拟 被引量：12

8

作者 徐阳 刘荣桂 +2 位作者 温惠清 徐荣进 贡经海 《建筑技术》 北大核心 2017年第1期20-23,共4页

采用数字图像技术及MATLAB程序,将多孔混凝土切面的二维图像处理为代表骨料与砂浆的二维矩阵,利用有限元软件建立了基于真实细观结构的多孔混凝土三维数值模型,对多孔混凝土在单轴受压作用下的裂纹扩展、贯通及破坏的过程进行演化模拟... 采用数字图像技术及MATLAB程序,将多孔混凝土切面的二维图像处理为代表骨料与砂浆的二维矩阵,利用有限元软件建立了基于真实细观结构的多孔混凝土三维数值模型,对多孔混凝土在单轴受压作用下的裂纹扩展、贯通及破坏的过程进行演化模拟。结果表明:压应力通过骨料纵向传播,上层存在孔隙的骨料区会产生拉应力。裂缝最早发生在开口孔隙边缘的骨料上和骨料与砂浆的粘结薄弱区,然后沿骨料边缘扩展,并与孔隙贯通,直至失稳破坏。 展开更多

关键词 多孔混凝土 孔隙 ANSYS 三维模型 裂缝扩展

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喷射混凝土围岩复合体受压力学特性及本构模型

9

作者 石丹丹 陈徐东 +1 位作者 陆锴龙 刘振威 《东南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期1161-1169,共9页

为探究喷射混凝土围岩复合体受压力学特性,结合三维数字图像相关技术,针对4种不同喷射混凝土围岩复合体试件开展了单轴受压试验,探究了纤维和岩石种类对复合体破坏模式和受压性能的影响.基于Weibull统计损伤理论,构建了适用于复合体的... 为探究喷射混凝土围岩复合体受压力学特性,结合三维数字图像相关技术,针对4种不同喷射混凝土围岩复合体试件开展了单轴受压试验,探究了纤维和岩石种类对复合体破坏模式和受压性能的影响.基于Weibull统计损伤理论,构建了适用于复合体的受压应力应变本构模型.试验结果表明,不同围岩基复合体破坏模式存在显著差异,但微裂缝均先从喷射混凝土中发展.破坏时,围岩部分表现单一裂纹模式,而喷射混凝土部分呈现多裂纹扩展状态.4种复合体峰值强度均高于单一喷射混凝土破坏强度,且砂岩基复合体的峰值强度均高于花岗岩基复合体,平均高出5.55%.同种围岩条件下,纤维增强喷射混凝土复合体强度会存在轻微降低,较普通喷射混凝土复合体平均下降1.95%.此外,所建本构模型计算结果与试验数据吻合较好. 展开更多

关键词 喷射混凝土 围岩 三维数字图像相关(3D-DIC) 裂缝扩展 本构模型

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基于MATLAB的水力裂缝扩展数值模拟技术 被引量：2

10

作者 王世虎 张志昂 +1 位作者 王磊 黄侠 《油气地质与采收率》 CAS CSCD 北大核心 2012年第2期98-101,118,共4页

水力裂缝扩展数值模拟是水力压裂设计的重要内容,可以用来评价压裂效果,降低施工风险,为节省计算时间目前主要采用二维模型或者拟三维模型。现今比较成熟的GOHFER商业软件,以差分方程代替微分方程,误差逐层逸散不断扩大,差分格式稳定性... 水力裂缝扩展数值模拟是水力压裂设计的重要内容,可以用来评价压裂效果,降低施工风险,为节省计算时间目前主要采用二维模型或者拟三维模型。现今比较成熟的GOHFER商业软件,以差分方程代替微分方程,误差逐层逸散不断扩大,差分格式稳定性难以保证,为此,采用MATLAB编程语言编制模拟程序,实现有限元数值分析对水力裂缝扩展真三维模型的求解,其适应性强,边界条件自动满足,且以高阶多项式逼近真实值,误差较小,精度更高。同时,采用复化辛普森数值积分代替MATLAB编程语言中的符号积分,节省了61.9%～73.5%的运算时间。 展开更多

关键词 水力压裂 有限元 真三维模型 裂缝扩展 数值模拟

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页岩压裂影响因素三维模型数值分析

11

作者 张健 张国祥 +2 位作者 王金意 荆铁亚 马海春 《地质学刊》 CAS 2018年第1期127-130,共4页

不同影响因素对页岩水力压裂效果有不同的影响。基于三维数值计算模型介绍了水力压裂的典型过程,针对水平最小主应力、页岩的弹性模量和渗透系数对压裂的影响进行了分析。结果表明:随着水平最小主应力的增加,裂缝高度也随之增加;随着页... 不同影响因素对页岩水力压裂效果有不同的影响。基于三维数值计算模型介绍了水力压裂的典型过程,针对水平最小主应力、页岩的弹性模量和渗透系数对压裂的影响进行了分析。结果表明:随着水平最小主应力的增加,裂缝高度也随之增加;随着页岩的弹性模量增加,裂缝的高度随之降低;随着渗透系数的增加,裂缝高度也随之增加;随着压裂液的黏度系数提高,裂缝的高度降低。 展开更多

关键词 页岩 水力压裂 裂缝 影响因素 扩展有限元 ABAQUS软件 三维模型 数值分析

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煤层顶板水平井穿层压裂适应性数值模拟 被引量：10

12

作者 郭天魁 王云鹏 +4 位作者 陈铭 胡毅 吴飞鹏 刘晓强 曹金豪 《天然气工业》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第11期74-85,共12页

中国煤层气资源丰富,但煤层物性差、开发难度大,压裂是实现煤层气有效动用的关键技术之一。由于煤层强度低、易破碎、易坍塌,不利于后续压裂改造,煤层顶板水平井压裂技术为软煤层煤层气开发提供了新的思路。然而,目前适合上述压裂工艺... 中国煤层气资源丰富,但煤层物性差、开发难度大,压裂是实现煤层气有效动用的关键技术之一。由于煤层强度低、易破碎、易坍塌,不利于后续压裂改造,煤层顶板水平井压裂技术为软煤层煤层气开发提供了新的思路。然而,目前适合上述压裂工艺的有利地质条件不明晰,水平井离煤层顶面距离、簇间距等参数的确定尚缺乏理论依据。为此,基于平面三维多裂缝扩展模型,同时考虑层间垂向断裂韧性及滤失非均质性,建立了煤层顶板水平井分段多簇压裂裂缝扩展数学模型。研究结果表明:①煤层为相对低地应力时,压裂裂缝沟通煤层的效果好,压裂效果较为理想,而煤层为相对高地应力时,压裂效果则较差;②水平井与煤层顶面距离对穿层压裂效果有重要影响,特别是在“低—高—低”地应力组合剖面下,为获得理想的压裂效果,建议水平井与煤层顶面距离在4 m以内;③地应力组合剖面是压裂效果的关键控制因素,煤层断裂韧性、滤失系数为次要控制因素。结论认为,该研究成果为我国煤层气有效动用和效益开发提供了理论支撑。 展开更多

关键词 煤层气 煤层顶板压裂 三维多裂缝扩展模型 裂缝穿层 多簇压裂裂缝扩展数学模型 新思路

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