水力压裂条件下饱和岩石损伤过程细观力学模拟

来源 :中国石油大学(华东) | 被引量 : 0次 | 上传用户:wenjuanliu_b06213
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大型体积压裂已成为非常规油气储层有效开发的关键,水力压裂过程中裂缝缝网的发育,尤其是一些脆性储层原始微裂缝的开启与演化,是影响水力压裂效果的核心要素。然而,当前水力压裂数值模拟过程中大都仅考虑人工裂缝与宏观天然裂缝的耦合关系,而对于机制内部微损伤的演化过程模拟研究相对薄弱。由此,本论文基于细-宏观岩石损伤理论,从评价及完善饱和脆性岩石细观滑移裂缝的应力强度因子模型入手,结合细观滑移型裂纹模型及裂纹扩展准则,进一步完善了内含细观滑移型裂纹的饱和岩石材料本构模型。进而借助ABAQUS数值模拟软件,使用FORTRAN语言自主编写了UMAT子程序及USDFLD子程序,实现了所建细-宏观滑移型裂纹损伤饱和岩石本构的嵌入,并得到了水力压裂过程中岩石损伤情况的动态分布情况。最后通过对水力压裂施工过程中的注液阶段和闷井阶段的数值模拟,研究了水力压裂条件下岩石动态损伤过程的现象及规律,分析了岩石物性参数和施工参数对岩石力学特性及岩石损伤破坏过程的影响。研究结果表明:细观微裂纹形态及裂纹密度是影响岩石强度的本质主控因素,细观微裂纹形态越接近直线形裂纹,则越有利于岩石破坏;压缩载荷条件下应力-应变曲线出现台阶效应是大量细观主裂纹滑移作用的宏观响应,并且随裂纹密度及围压的增加,其岩石应力-应变曲线的非线性特征更为显著;同时,储层岩石渗透率越高、岩石内部细观裂纹密度越大、排量以及一定范围内流体粘度的增加,均有利于加快岩石损伤并扩大储层损伤面积;对于内含细观滑移型微裂纹的脆性岩石储层,适度减少注液时间并维持闷井时间,关井阶段内岩石单元损伤程度仍继续增加。论文成果可定量表征水力压裂过程中人工裂缝两侧基质的损伤度及其扩展规律,可为饱和脆性储层水力压裂工艺方案设计提供一定的理论依据。
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