地学前缘 ›› 2025, Vol. 32 ›› Issue (4): 471-482.DOI: 10.13745/j.esf.sf.2024.7.55
胡景宏1,2(), 廖松泽3,*(
), 蔡益栋1,2, 芦俊1,2
收稿日期:
2024-03-05
修回日期:
2024-06-16
出版日期:
2025-07-25
发布日期:
2025-08-04
通信作者:
*廖松泽(1994—),男,博士,主要从事储层改造理论、压裂数值模拟等方面的研究工作。E-mail: lsz_pj@163.com
作者简介:
胡景宏(1983—),男,博士,教授,主要从事油气渗流理论及储层改造等方面的教学及科研工作。E-mail: hjhwhat@163.com
基金资助:
HU Jinghong1,2(), LIAO Songze3,*(
), CAI Yidong1,2, LU Jun1,2
Received:
2024-03-05
Revised:
2024-06-16
Online:
2025-07-25
Published:
2025-08-04
摘要:
深部页岩气资源量巨大,加快深部页岩气勘探开发力度,对助力实现双碳目标具有重要意义。密切割水力压裂是实现深部页岩气规模开发的重要增产措施。但在密集布缝的同时可能出现部分射孔簇扩展受限的现象。因此确定合理的布缝间距形成均匀且密集的裂缝对提高油气产量、降低成本尤为重要。为探究深部裂缝性页岩储层压裂裂缝扩展的均匀性,结合位移不连续法和拟三维裂缝模型建立了考虑天然裂缝影响的多层水力压裂模型,并引入Broyden迭代计算方法提出了流固耦合多裂缝模型高效解法。模拟分析了水平应力差和施工参数对多簇裂缝形态和裂缝扩展均匀性的影响。研究结果表明:Broyden迭代比牛顿迭代计算效率更高。深部页岩储层在高应力差(10 MPa)条件下,水力裂缝难以发生转向;簇间距并非越密越好,当簇间距增加至8 m时可显著提升各簇裂缝进液均匀性;适当提升压裂液黏度(>20 mPa·s)和施工排量(>16 m3/min)有利于裂缝密集且均匀地扩展。该研究成果可为我国深部页岩压裂工艺优化提供理论支撑。
中图分类号:
胡景宏, 廖松泽, 蔡益栋, 芦俊. 深部页岩储层压裂裂缝扩展均匀性研究[J]. 地学前缘, 2025, 32(4): 471-482.
HU Jinghong, LIAO Songze, CAI Yidong, LU Jun. Study of fracture propagation uniformity in deep shale reservoir[J]. Earth Science Frontiers, 2025, 32(4): 471-482.
参数类型 | 地质参数 | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
参数名/ 单位 | 储层最小水平 地应/MPa | 储层最大水平 地应/MPa | 储隔层水平地 应力差/MPa | 弹性模量/ GPa | 泊松比 | 储层断裂韧性/ (MPa·m0.5) | 隔层断裂韧性/ (MPa·m0.5) |
参数值 | 65 | 75 | 5 | 20 | 0.2 | 1 | 2 |
参数名/ 单位 | 岩石抗拉 强度/MPa | 储层厚度/m | 岩石摩擦 系数 | 天然裂缝 长度/m | 天然裂缝与水平 井筒夹角/(°) | 天然裂缝内 聚力/MPa | |
参数值 | 4.5 | 30 | 0.6 | 5 | 60 | 1.5 | |
参数类型 | 工程参数 | ||||||
参数名/ 单位 | 压裂液黏度/ (mPa·s) | 压裂液密度/ (kg·m-3) | 施工排量/ (m3·min) | 射孔数/孔 | 孔眼直径/ mm | Carter滤失系数/ (m·min-0.5) | 簇间距/ m |
参数值 | 5 | 1 050 | 8 | 12 | 11 | 0.000 05 | 4 |
表1 模型基础参数
Table 1 Base parameters of the model
参数类型 | 地质参数 | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
参数名/ 单位 | 储层最小水平 地应/MPa | 储层最大水平 地应/MPa | 储隔层水平地 应力差/MPa | 弹性模量/ GPa | 泊松比 | 储层断裂韧性/ (MPa·m0.5) | 隔层断裂韧性/ (MPa·m0.5) |
参数值 | 65 | 75 | 5 | 20 | 0.2 | 1 | 2 |
参数名/ 单位 | 岩石抗拉 强度/MPa | 储层厚度/m | 岩石摩擦 系数 | 天然裂缝 长度/m | 天然裂缝与水平 井筒夹角/(°) | 天然裂缝内 聚力/MPa | |
参数值 | 4.5 | 30 | 0.6 | 5 | 60 | 1.5 | |
参数类型 | 工程参数 | ||||||
参数名/ 单位 | 压裂液黏度/ (mPa·s) | 压裂液密度/ (kg·m-3) | 施工排量/ (m3·min) | 射孔数/孔 | 孔眼直径/ mm | Carter滤失系数/ (m·min-0.5) | 簇间距/ m |
参数值 | 5 | 1 050 | 8 | 12 | 11 | 0.000 05 | 4 |
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