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采矿与岩层控制工程学报 2021年第2期3卷 10-18页

作者：赵凯凯姜鹏飞冯彦军孙晓冬程利兴郑建伟煤炭科学研究总院开采研究分院北京100013 煤炭科学研究总院煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室北京100013 中煤科工开采研究院有限公司北京100013 天地科技股份有限公司开采设计事业部北京100013

为研究水力裂纹起裂特征,优化水力压裂设计及施工,采用最大周向拉应力准则作为水力裂纹的开裂判据,推导裂纹起裂角和临界水压的计算方程。分析起裂角和临界水压与预制裂纹倾角、注入水压、应力差和孔隙压力等的关系。研究结果表明:起裂... 详细信息

为研究水力裂纹起裂特征,优化水力压裂设计及施工,采用最大周向拉应力准则作为水力裂纹的开裂判据,推导裂纹起裂角和临界水压的计算方程。分析起裂角和临界水压与预制裂纹倾角、注入水压、应力差和孔隙压力等的关系。研究结果表明:起裂角随预制裂纹倾角的增加呈先增加后减小的趋势;随着水压增高,裂纹起裂角逐渐减小;起裂角随应力差的增加呈单调递增趋势,随孔隙水压增加呈单调递减趋势。临界水压随裂纹倾角的增加呈单调增加的趋势。整体而言,临界水压随应力差增大而增加;随预制裂纹长度的增加而逐渐降低;随断裂韧度的增加呈单调递增趋势;随孔隙水压增加呈单调递减趋势。理论预测的起裂角及临界水压与水力压裂试验结果较为吻合。研究结论可为水力压裂设计及施工提供借鉴。

关键词：定向水力压裂水力裂纹起裂角临界水压最大周向拉应力准则

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断裂主导机制下浅层水力裂纹尖端区域特征

断裂主导机制下浅层水力裂纹尖端区域特征

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第十九届北方七省市区力学学会学术会议

作者：张玉华王志乔郑乐天李凤莲中国地质大学(北京)工程技术学院北京信息科技大学机电工程学院

浅层水力裂纹演化过程尖端区域具有不同解结构,本文对断裂主导机制下浅层水力裂纹尖端区域进行分析。针对奇异积分方程描述流固耦合问题,发展了高效的正交多项式方法;数值求解并分析了非线性流固耦合规律,探讨了流体粘性、断裂韧度、移... 详细信息

浅层水力裂纹演化过程尖端区域具有不同解结构,本文对断裂主导机制下浅层水力裂纹尖端区域进行分析。针对奇异积分方程描述流固耦合问题,发展了高效的正交多项式方法;数值求解并分析了非线性流固耦合规律,探讨了流体粘性、断裂韧度、移动速度等物理参数对解的影响。

关键词：水力裂纹润滑理论断裂力学

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储层非均质性对水力压裂的影响

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工程地质学报 2015年第3期23卷 511-520页

作者：王宇李晓李守定郑博李关访吴雨松赵志恒张搏中国科学院地质与地球物理研究所中国科学院页岩与地质工程重点实验室北京100029 中国科学院大学北京100049

从岩石细观非均质性的特点出发,采用RFPA2D-Flow软件对单孔和双孔数值模型进行压裂计算,研究岩石非均质性对水力压裂的响应,重点探讨双孔模型孔间"吸引"效应对裂纹演化形态的影响。岩石细观单元的力学、水力学特性由统计分布生成以体现... 详细信息

从岩石细观非均质性的特点出发,采用RFPA2D-Flow软件对单孔和双孔数值模型进行压裂计算,研究岩石非均质性对水力压裂的响应,重点探讨双孔模型孔间"吸引"效应对裂纹演化形态的影响。岩石细观单元的力学、水力学特性由统计分布生成以体现岩石的随机不均质性,水力压裂过程中流体压力传递通过单元渗流-损伤耦合迭代来实现。数值计算结果表明:(1)岩石非均质性影响裂缝的扩展形态,导致水力裂纹尖端微裂纹的分支。随着均质度的增加,水力裂纹的扩展形态变得更加平直光滑,单孔模型两侧裂纹更加对称,双孔间裂纹的连通性变差。(2)岩石的非均匀性对于岩石的起裂压力和地层破裂压力影响较大。随着均质度的增大,起裂应力和地层破裂应力增大,并且两者间的差值逐渐变小,在储层为均质的条件下,两者几乎相等。(3)相同的边界条件下,均质模型的应力分布曲线光滑连续,非均质模型的应力分布曲线呈现出明显波动,井眼对称剖面上的应力分布不尽相同,反映了细观单元强度非均匀性及裂缝扩展形态对应力分布的影响。(4)双孔模型孔间存在孔隙水压力增加带,孔间产生"吸引"效应,双孔方位影响临界压力。研究结果对水压裂试验设计和现场压裂施工具有一定的参考意义。

关键词：水力压裂非均质性水力裂纹数值模拟裂纹演化

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基于细观数值试验的水平井多裂纹间距确定

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钻采工艺 2020年第2期43卷 45-48,I0018页

作者：于友魏建光李江涛中国石油吉林油田有限责任公司东北石油大学非常规油气研究院

Stress shadow效应是影响水平井压裂多裂缝设计、提高储层体积压裂效果的关键因素,当水平井中的水力裂纹数量增多并且间距减少时,裂缝间相互作用的stress shadow效应尤为显著。本研究从岩石细观非均质性的特点出发,基于渗流-应力-损伤模... 详细信息

Stress shadow效应是影响水平井压裂多裂缝设计、提高储层体积压裂效果的关键因素,当水平井中的水力裂纹数量增多并且间距减少时,裂缝间相互作用的stress shadow效应尤为显著。本研究从岩石细观非均质性的特点出发,基于渗流-应力-损伤模型,对不同井孔间距内应力场的相互作用及对裂纹发展形态的影响进行研究,以优化水平井多裂纹射孔间距。研究结果表明,当井孔间距小于某临界长度时,井孔间的相互作用较强,容易形成孔间连通的水力裂纹;由stress shadow效应影响的井孔临界间距受岩石非均质的影响,当岩石的非均质性较强时,影响间距较大,当岩石的非均质性较弱时,影响间距较小;随着岩石均质度的提高,stress shadow效应对尖端"应力伞"的影响变弱,裂纹尖端应力伞面积变小。通过这一研究,可以为水平井多裂纹射孔间距优化提供一定的理论依据。

关键词：水力裂纹非均质性应力阴影临界间距数值模拟

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基于结构面的岩体水力裂缝扩展行为及缝网形成研究

基于结构面的岩体水力裂缝扩展行为及缝网形成研究

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作者：王磊辽宁科技大学

学位级别：硕士

水力压裂技术在开采石油天然气领域应用广泛。随着常规石油天然气资源的枯竭,页岩油、页岩气等非常规油气资源在能源领域的地位日益凸显。由于页岩气油赋存的页岩的渗透率很小,将水力压裂技术应用于页岩气油的开发具有一定的困难。因此... 详细信息

水力压裂技术在开采石油天然气领域应用广泛。随着常规石油天然气资源的枯竭,页岩油、页岩气等非常规油气资源在能源领域的地位日益凸显。由于页岩气油赋存的页岩的渗透率很小,将水力压裂技术应用于页岩气油的开发具有一定的困难。因此,针对水力压裂状态下页岩水力裂纹的扩展进行研究有着很重要的意义。本文主要采用计算机模拟的方法,以当下的研究热点——页岩岩体作为对象。系统研究了含有单一天然裂隙、两条天然裂隙以及同时含有一条天然裂隙和一条节理条件下的岩石内水力裂纹的起裂和扩展现象,并将模拟结果和文献中的物理实验结果进行对比,在一定程度上验证了数值模拟结果的可信性。结合起裂压力,对天然裂隙和最大主应力夹角不同条件下所呈现出来的数值模拟结果进行了分析,并根据孔隙水压力云图和最小主应力云图,描述了水力裂纹的走向并分析了裂纹尖端破裂时的应力状态。通过对含有单裂隙、两条正交裂隙、节理和裂隙正交三种条件下的页岩岩体在水力压裂下所呈现出来的现象进行分析和总结发现,这三种条件对水力裂纹的起裂和扩展的影响都只是暂时的,最终裂缝的扩展方向都将与最大水平主应力的方向趋于一致。借助将数值模拟结果和物理实验结果相对比的方法,岩石破裂过程分析系统(RFPA)可以较好的模拟出与物理实验拟合的实验现象,并基于对岩样中存在单裂隙、单裂隙和节理相交两种条件下的模拟,得出了结构面岩体复杂缝网的形成条件。结合各模型的最小主应力图能够发现模型处于围压和水压的受力状态下,加载过程中,水力裂纹的扩展和模型的破坏是拉应力所引起的。

关键词：岩石破裂过程分析系统(RFPA) 水力裂纹天然裂隙起裂压力结构面

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储层非均质性对水力压裂的影响

储层非均质性对水力压裂的影响

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中国科学院地质与地球物理研究所2015年度（第15届）学术年会

作者：王宇李晓李守定郑博李关访吴雨松赵志恒张搏中国科学院地质与地球物理研究所中国科学院页岩与地质工程重点实验室中国科学院大学

从岩石细观非均质性的特点出发,采用RFPA2D-Flow软件对单孔和双孔数值模型进行压裂计算,研究岩石非均质性对水力压裂的响应,重点探讨双孔模型孔间"吸引"效应对裂纹演化形态的影响。岩石细观单元的力学水力学特性由统计分布生成以体现岩... 详细信息

从岩石细观非均质性的特点出发,采用RFPA2D-Flow软件对单孔和双孔数值模型进行压裂计算,研究岩石非均质性对水力压裂的响应,重点探讨双孔模型孔间"吸引"效应对裂纹演化形态的影响。岩石细观单元的力学水力学特性由统计分布生成以体现岩石的随机不均质性,水力压裂过程中流体压力传递通过单元渗流-损伤耦合迭代来实现数值计算结果表明:(1)岩石非均质性影响裂缝的扩展形态,导致水力裂纹尖端微裂纹的分支。随着均质度的增加,水力裂纹的扩展形态变得更加平直光滑,单孔模型两侧裂纹更加对称,双孔间裂纹的连通性变差(2)岩石的非均匀性对于岩石的起裂压力和地层破裂压力影响较大。随着均质度的增大,起裂应力和地层破裂应力增大,并且两者间的差值逐渐变小,在储层为均质的条件下,两者几乎相等。(3)相同的边界条件下,均质模型的应力分布曲线光滑连续,非均质模型的应力分布曲线呈现出明显波动,井眼对称剖面上的应力分布不尽相同,反映了细观单元强度非均匀性及裂缝扩展形态对应力分布的影响。(4)双孔模型孔间存在孔隙水压力增加带,孔间产生"吸引"效应,双孔方位影响临界压力研究结果对水压裂试验设计和现场压裂施工具有一定的参考意义。

关键词：水力压裂非均质性水力裂纹数值模拟裂纹演化

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