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初始水平主应力对应力阴影效应的影响研究

岩石力学与工程学报 2016年第A01期35卷 2819-2825页

作者：夏磊曾亚武金磊叶阳武汉大学土木建筑工程学院湖北武汉430072

介绍应力阴影的概念及其理论模型,结合颗粒流流固耦合计算原理构建模型,模拟并分析单一水力裂缝周围因应力阴影效应产生的诱导应力的分布情况,分析表明应力阴影主要表现为最小水平主应力的增大,且其对水力裂缝压裂效益具有两面性。利用... 详细信息

介绍应力阴影的概念及其理论模型,结合颗粒流流固耦合计算原理构建模型,模拟并分析单一水力裂缝周围因应力阴影效应产生的诱导应力的分布情况,分析表明应力阴影主要表现为最小水平主应力的增大,且其对水力裂缝压裂效益具有两面性。利用建立的数值模型,进一步分析在不同初始水平主应力下,应力阴影效应对水力裂缝扩展方向的影响,结果表明:初始水平主应力比越大,应力阴影效应产生的诱导压力越大,不利于新裂缝的开裂及发育;当初始裂缝内液压接近或大于最大初始水平主应力时,注水孔压裂水力裂缝的扩展方向将发生转向,有利于复杂裂缝网络的形成。

关键词：岩石力学应力阴影颗粒离散元水力裂缝初始水平主应力

基于PFC^(2D)数值模拟的交替压裂中应力阴影效应研究

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岩土力学 2018年第11期39卷 4269-4277,4286页

作者：夏磊曾亚武武汉大学土木建筑工程学院湖北武汉430072 明尼苏达大学双城分校土木环境与地质工程学院明尼苏达美国55455

为了探究应力阴影效应对交替压裂中压裂间距选取的影响,基于优化后的颗粒流离散元流固耦合计算模型,模拟并分析了双初始水力裂缝下因应力阴影效应产生的诱导应力的分布情况,并与理论解析解进行对比,证明了该数值方法的合理性。在此基础... 详细信息

为了探究应力阴影效应对交替压裂中压裂间距选取的影响,基于优化后的颗粒流离散元流固耦合计算模型,模拟并分析了双初始水力裂缝下因应力阴影效应产生的诱导应力的分布情况,并与理论解析解进行对比,证明了该数值方法的合理性。在此基础上,分析了应力阴影效应在不同各向异性地应力场及初始压裂间距条件下对新水力裂缝的起裂压力及扩展形态的影响,研究结果表明:初始各向异性应力场不改变裂缝周边的应力场,不影响新水力裂缝的起裂压力;随着初始压裂间距的减小,应力阴影效应增强,新水力裂缝的起裂压力逐渐增加。初始水力裂缝间距与初始各向异性应力场共同影响新水力裂缝的扩展形态,随着初始水力裂缝间距或初始水平地应力场差异系数的增大,应力阴影对新水力裂缝的扩展方向的影响逐步减弱;初始水力裂缝对新水力裂缝的扩展有一定的限制作用,在一定程度上不利于形成复杂的裂缝网络。根据以上分析结果,对交替压裂中压裂间距的优化进行了定性的探讨。

关键词：交替压裂应力阴影流固耦合水力裂缝起裂压力扩展形态

基于PHF-LSM模型节理对应力阴影效应的影响

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东北大学学报（自然科学版） 2023年第11期44卷 1612-1620页

作者：李明陈昭梁力东北大学资源与土木工程学院辽宁沈阳110819

采用PHF-LSM(permeability-based hydraulic fracture-level set method)水力压裂计算模型,建立了含节理分布的岩石材料模型,将其计算结果与裂缝几何特征和诱发应力理论解对比验证模型正确性,在此基础上分析节理对水力裂缝应力阴影效应... 详细信息

采用PHF-LSM(permeability-based hydraulic fracture-level set method)水力压裂计算模型,建立了含节理分布的岩石材料模型,将其计算结果与裂缝几何特征和诱发应力理论解对比验证模型正确性,在此基础上分析节理对水力裂缝应力阴影效应的影响.计算结果表明:基于弥散裂缝模型的PHF模型应使用等效开裂区域最外侧结点位移差作为裂缝等效开度;节理的存在会影响裂缝注水过程中水压力变化,同时会引起裂缝等效开度的增大;较大的节理入射角度与距注水点较小的节理高度会产生更大诱发应力,同时会引起最小主应力方向的改变,导致更强应力阴影效应,裂缝偏转加强.

关键词：水力压裂应力阴影 PHF-LSM模型节理

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水力压裂中的应力阴影效应与数值计算

天然气地球科学 2015年第10期26卷 1941-1950页

作者：王宇李晓王金波郑博张搏赵志恒中国科学院地质与地球物理研究所页岩气与地质工程重点实验室北京100029 中国科学院大学北京100049

从岩石的细观非均质特性出发,采用岩石破裂失稳的渗流—应力—损伤耦合分析系统,设计了一系列的数值试验揭示水力裂缝间的应力阴影效应。试验条件下的研究结果表明:1应力阴影效应受水平应力差系数、注入孔间距、岩石非均质性、压裂顺序... 详细信息

从岩石的细观非均质特性出发,采用岩石破裂失稳的渗流—应力—损伤耦合分析系统,设计了一系列的数值试验揭示水力裂缝间的应力阴影效应。试验条件下的研究结果表明:1应力阴影效应受水平应力差系数、注入孔间距、岩石非均质性、压裂顺序的影响,表现为排斥和吸引2种力学行为,体现在裂缝尖端应力伞面积、裂缝宽度和长度方面;2随着岩石均质度的提高,应力阴影效应对尖端应力伞的影响变弱,裂缝尖端应力伞的面积逐渐减小;3水平应力差较小时,井孔间距对应力阴影效应的贡献要大于远场应力;高水平应力差时,远场应力对"Stress shadow"的影响要强于井孔间距;4应力阴影效应伴随着裂缝的动态扩展而不断变化,裂缝尖端的应力伞面积和缝长具有很强的相关性,二者服从幂函数分布。通过这一研究,可以为水平井多裂缝射孔间距优化提供一定的理论依据。

关键词：应力阴影水力裂缝数值模拟非均质性水力压裂

基于PHF-LSM模型岩石分段水力压裂应力阴影效应

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东北大学学报（自然科学版） 2022年第11期43卷 1613-1622页

作者：李明陈昭赵岐梁力东北大学资源与土木工程学院辽宁沈阳110819

采用PHF-LSM(permeability-based hydraulic fracture-level set method)水力压裂数值计算模型,模拟并分析了均质与分层岩石材料中分段压裂过程引起的应力阴影效应.通过与单一裂缝诱发应力理论解的对比,验证了PHF-LSM考虑应力阴影效应... 详细信息

采用PHF-LSM(permeability-based hydraulic fracture-level set method)水力压裂数值计算模型,模拟并分析了均质与分层岩石材料中分段压裂过程引起的应力阴影效应.通过与单一裂缝诱发应力理论解的对比,验证了PHF-LSM考虑应力阴影效应的可行性.以此模型为基础分析了单一裂缝发展过程中,岩石材料参数与初始应力条件对诱发应力场的影响,以及均质与分层岩石材料的多裂缝起裂过程中不同压裂间距与压裂顺序产生的应力阴影效应.数值计算结果表明:泊松比、抗拉强度与孔隙率的增加会增大裂缝引起的诱发应力与净压力比值的峰值,而弹性模量和水平主应力差的增大会减小该峰值;裂缝间距的扩大可以减弱裂缝间应力阴影效应;两步压裂与顺序压裂的裂缝总面积均大于同时压裂时的面积,但顺序压裂与两步压裂会带来更高的起裂压力;产层厚度与压裂间距的减小会增大应力阴影效应.

关键词：分段水力压裂应力阴影 PHF-LSM模型分层岩石材料

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多裂缝应力阴影效应模型及水平井分段压裂优化设计

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天然气工业 2015年第3期35卷 55-59页

作者：曾顺鹏张国强韩家新袁彬王彦鹏冀政重庆科技学院中石化江汉石油工程有限公司西南石油大学石油与天然气工程学院

针对页岩气藏水平井分段压裂中应力阴影的表征方法及影响因素不明确的问题,基于水平井分段压裂理论,借鉴水力压裂裂缝诱导应力产生机理,从单一垂直裂缝入手,利用应力叠加原理得出了多条裂缝应力阴影效应的数学模型。应用该模型分析了应... 详细信息

针对页岩气藏水平井分段压裂中应力阴影的表征方法及影响因素不明确的问题,基于水平井分段压裂理论,借鉴水力压裂裂缝诱导应力产生机理,从单一垂直裂缝入手,利用应力叠加原理得出了多条裂缝应力阴影效应的数学模型。应用该模型分析了应力阴影的影响因素,结果表明:①泊松比与水平主应力方向的应力阴影呈线性关系,当泊松比为0.20.4时,最小水平主应力方向的诱导应力为0.360.72 MPa;②裂缝数量越多间距越小,应力阴影效应作用越强;③裂缝数量增加的同时也增大了施工难度,5条裂缝比3条裂缝的净压力增加了41.46%;④当裂缝间距小于100 m时,裂缝容易转向形成缝网;⑤裂缝间距是缝高的1.5倍时,应力阴影效应非常小,超过2倍后可以忽略不计。上述结论对合理利用应力阴影效应进行水平井分段压裂优化设计具有指导意义。

关键词：页岩气分段压裂应力阴影诱导应力净压力泊松比水平主应力裂缝数量裂缝间距

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应力阴影效应对页岩气水力裂缝宽度影响分析

钻采工艺 2015年第5期 35-37+65+7-8页

作者：张国强曾顺鹏韩家新袁彬徐春碧冀政刘雨婷石磊中石化江汉石油工程有限公司重庆科技学院西南石油大学石油工程学院

应力阴影效应既能使裂缝转向形成复杂缝网,又能使压裂裂缝净压力升高、裂缝宽度变窄不利于裂缝延伸发展。为此,基于应力阴影效应应力场叠加模型,结合压裂裂缝宽度分布模型,分析应力阴影效应对裂缝宽度的影响。实例分析表明,压裂裂缝宽... 详细信息

应力阴影效应既能使裂缝转向形成复杂缝网,又能使压裂裂缝净压力升高、裂缝宽度变窄不利于裂缝延伸发展。为此,基于应力阴影效应应力场叠加模型,结合压裂裂缝宽度分布模型,分析应力阴影效应对裂缝宽度的影响。实例分析表明,压裂裂缝宽度随初始裂缝高度增大呈先快后慢形势减小,随裂缝间距增加呈先快后慢的趋势增大,随裂缝数量增加压裂裂缝宽度减小较快;裂缝间距从50 m增加到100 m压裂裂缝宽度增大了13.39%,大于100 m后变化很小;500 m内裂缝数量增加到5条时泵车组提供的压力无法压开裂缝。因此,对该井进行分段压力优化设计时,分段间距应控制在100 m左右,这样既能利用应力阴影效应形成复杂缝网,又能保证压裂裂缝具有一定的宽度,还能减小施工出现事故的风险。

关键词：应力阴影诱导应力裂缝间距裂缝宽度裂缝数量

应力阴影效应对水力多裂缝起裂与扩展的数值模拟研究

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应力阴影效应对水力多裂缝起裂与扩展的数值模拟研究

作者：邢春雷东北石油大学

学位级别：硕士

水平井体积压裂技术是非常规页岩储层开采的重要改造措施,采用分段多簇射孔多段同时压裂工艺,先存裂缝会产生应力阴影效应,对后续裂缝的起裂与扩展造成影响,深入研究应力阴影效应的作用机制,对有效降低起裂压力,控制裂缝走向,提高体积... 详细信息

水平井体积压裂技术是非常规页岩储层开采的重要改造措施,采用分段多簇射孔多段同时压裂工艺,先存裂缝会产生应力阴影效应,对后续裂缝的起裂与扩展造成影响,深入研究应力阴影效应的作用机制,对有效降低起裂压力,控制裂缝走向,提高体积压裂效率具有重要的意义。本文采用ABAQUS有限元仿真平台,考虑岩体的流固耦合效应,压裂时的瞬态效应,建立多裂缝起裂与扩展的力学模型及有限元模型。采用粘结单元技术模拟先存裂缝,给出应力阴影的分布规律,依据最大周向拉应力准则,计算应力阴影下后续裂缝的起裂压力及变化规律,并对现场井进行验证计算,数值分析与测试误差为5.2%,验证了数值模拟的可行性,在此基础上,分析了地应力类型、初始地应力差、到裂缝距离、排量、缝高、弹性模量以及泊松比对多裂缝起裂压力的影响规律,计算结果表明:应力阴影效应下,正断层水平井多裂缝起裂压力受初始地应力差、排量、缝高、弹性模量以及泊松比的影响而增大。逆断层水平井多裂缝起裂压力受排量、弹性模量以及泊松比的影响而增大,随初始地应力差的增大呈减小趋势,当初始地应力差大于4.8MPa时,应力阴影可以促进起裂。采用三维扩展有限元技术,建立水平井多裂缝延伸的扩展有限元模型,在射孔眼处不断注入压裂液,并对多裂缝的扩展形态进行动态追踪,得到水平井多裂缝条件下多裂缝相互影响和扩展形态。数值模拟结果表明:多裂缝扩展形态受裂缝距离、初始地应力差、排量影响较大,受弹性模量影响较小,多裂缝扩展呈现相互排斥的现象。当水平地应力差相差不大时,可以激活新的裂缝。上述研究成果为应力阴影效应在致密或非常规储层中的应用提供了理论依据,对实际生产具有一定的指导意义。

关键词：体积压裂多裂缝应力阴影起裂压力扩展形态

多簇射孔水力压裂应力阴影特征及裂缝扩展规律研究

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多簇射孔水力压裂应力阴影特征及裂缝扩展规律研究

作者：杨玉宁重庆大学

学位级别：硕士

非常规油气藏水力压裂改造技术的使用会改变围岩应力场、渗流场,存在诱发地下水污染、诱发断层活化和地震活动等地质环境灾害风险。水力裂缝扩展规律是研究上述问题的关键之一。随着水平井多簇射孔压裂技术的应用,导致多簇压裂裂缝之间... 详细信息

非常规油气藏水力压裂改造技术的使用会改变围岩应力场、渗流场,存在诱发地下水污染、诱发断层活化和地震活动等地质环境灾害风险。水力裂缝扩展规律是研究上述问题的关键之一。随着水平井多簇射孔压裂技术的应用,导致多簇压裂裂缝之间竞争扩展,其演化规律更加复杂。因此,本文通过理论建模-数值仿真,建立了多簇射孔水力压裂数学和数值模型,分析了水力压裂应力阴影的空间分布和演化特征,探究了多簇射孔水力压裂裂缝空间扩展规律及其影响因素,以此推动非常规油气藏的安全开发。本文的主要研究成果如下:(1)建立了多簇射孔水力压裂数学模型和数值求解方法。充分考虑井筒、裂缝、孔隙的流体流动以及流体交换,建立了井-缝-孔三重耦合流动模型,将其植入到已有的水力压裂数值模型中,建立了新的多簇射孔水力压裂数值模型,采用分步迭代耦合求解策略,保证计算精度的同时,显著降低了求解难度。新的数值模型能够考虑流体滤失效应的影响,能够模拟三维裂缝的转向和竞争扩展,符合井筒→裂缝流量分配过程中的质量守恒,能够模拟多簇射孔水力压裂过程中的流量自适应分配流动。(2)明确了水力压裂应力阴影的空间分布和演化特征。研究表明,水力压裂应力阴影会导致围岩应力的大小和方向改变。其中垂直于裂缝面的区域,最小水平应力增大;裂缝扩展尖端之外的区域,最小水平应力减小。越远离裂缝的区域,应力偏转程度越小,应力偏转最大影响点的X坐标和Y坐标分别与裂缝扩展和裂缝体积变化相关。应力阴影在压裂阶段和关井后存在持续的变化,其作用程度和作用范围随着压裂作业的进行而不断增大,在关井后逐渐缩小。水力压裂应力阴影存在叠加效应,随着注液速率增大或裂缝间距减小,应力阴影的叠加效应越强,影响范围也更大。这种叠加效应会导致裂缝的转向扩展(远离相邻裂缝扩展),且叠加效应越强,转向程度越大。(3)揭示了多簇射孔水力压裂裂缝空间扩展规律及其影响因素。研究表明,多簇射孔水力压裂裂缝可能出现不均匀、不对称的扩展形态,其扩展受到多种因素(如流体滤失、注液速率、射孔间距、射孔摩阻、水平井斜角、层间非均质性、层内非均质性、储层倾角等)的共同影响。水力压裂应力阴影效应、流体滤失效应、水力压裂作业参数的协调是水力压裂裂缝均匀扩展的前提条件。水平井斜角增大会增强应力阴影效应,造成裂缝扩展不均匀。层间非均质性影响水力压裂裂缝垂直方向的扩展和盖层应力分布。层内非均质性和储层倾角影响水力压裂裂缝扩展的对称性和均匀性。水力压裂裂缝的不均匀扩展可能导致盖层破坏,两者具有良好的相关性。增大射孔间距、减小射孔数量、适当的注液速率等,可以促进水力压裂裂缝均匀扩展和削弱盖层破坏的可能性。

关键词：多簇射孔压裂三维数值模型应力阴影裂缝扩展流-固耦合