基于流固耦合的水力压裂过程断层失稳规律研究

作     者：张鹏伟 刘焕通 刘保国 陈海潮 鲜成钢 ZHANG Pengwei;LIU Huantong;LIU Baoguo;CHEN Haichao;XIAN Chenggang

作者机构：北京交通大学城市地下工程教育部重点实验室北京100044 清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室北京100084 中国石油大学(北京)非常规油气科学技术研究院北京102249 

出 版 物：《工程地质学报》 (Journal of Engineering Geology)

年 卷 期：2024年第32卷第4期

页      面：1439-1446页

核心收录：

学科分类：081803[工学-地质工程] 08[工学] 0818[工学-地质资源与地质工程] 

基　　金：国家自然科学基金项目(资助号:52309121) 中央高校基本科研业务费基础研究项目(资助号:2022JBMC060) 

主　　题：页岩气 地质力学 断层稳定性 水力压裂 孔隙压力 

摘      要：水力压裂技术通过高压注入大量压裂液破碎致密页岩,该过程对周围环境产生的潜在影响(如水力压裂激活断层),受到社会的广泛关注。为了更加安全、合理地进行页岩气开采,优化水力压裂施工设计及减小其对周围环境的影响,有必要开展水力压裂注水过程储层地应力演变及断层稳定性研究。本文针对水力压裂缝网与天然裂缝系统沟通后储层导流能力抬升情况,基于流固耦合模型,分析了水力压裂过程中孔隙压力动态扩散、断层破裂带体积应变及断层稳定性变化规律。模拟中开采井的注入压力考虑西南地区页岩气藏水力压裂实际施工压力,计算结果表明:随着注水过程的进行,孔隙压力扩散明显,邻近断层区域有效应力减小,断层稳定性降低;断层核两侧破裂带体积应变(挤压、拉伸)呈现相反变化趋势,邻近注水井一侧的断层破裂带及断层核内孔隙压力场抬升明显(抬升约1.1倍),造成邻近断层局部失稳,但断层整体未出现失稳。