定面射孔水力压裂是一项非常复杂的过程,在研究水力压裂的规律解决现场实际工程问题时,主要有以下问题:定面射孔裂缝扩展量化规律不成熟,定面射孔影响裂缝扩展主因认识不清,定面射孔对裂缝形态控制方法不完善。采用ABAQUS有限元软件中的扩展有限元(XFEM)方法对定面射孔水力压裂问题进行建模、输入文件改写,综合考虑各影响因素以实现裂缝扩展过程的仿真计算。重点分析了射孔参数及射孔面方向对裂缝扩展的影响规律,为定面射孔水力压裂设计提供参考,新方法可促使裂缝的延伸,使泄油面积大幅增加同时形成系统性的缝网,对低渗透油井的增产潜力的提高作用显著。扩展有限元方法进行水力压裂裂缝扩展数值模拟计算基本原理为:富集函数应用于有限元基础上用来模拟新开展裂缝单元,利用水力驱动裂缝单元模拟水力压裂过程中裂缝的张开扩展过程,XFEM单元的起裂准则为岩石单元达到最大拉应力,按照线性分离规律扩展,岩石单元切向与法向的张开程度符合BK准则。通过比较前人进行水力压裂相关的分析研究确定主要研究内容如下:分析定面射孔条件下利用XFEM进行水力压裂数值模拟的理论方法;对水力压裂裂缝扩展规律影响因素进行初步的讨论;分析射孔长度、夹角、间距等对裂缝扩展规律的作用;分析射孔面位置对裂缝扩展规律的影响。通过射孔参数及射孔面方向对裂缝扩展规律的影响研究发现:①射孔间距大于射孔长度,对射孔之间裂缝融合影响不大,反之裂缝会比较容易融合;射孔夹角越小,裂缝延伸方向趋于水平方向,反之裂缝延伸方向趋于竖直方向。②在射孔面与最大主应力面水平夹角45度、竖直夹角45度情况下,随着射孔夹角的增大,裂缝扩展方向偏转角先减小后增大最后趋于稳定,且竖直夹角45度情况变化幅度更大,裂缝扩展高度、宽度随射孔夹角增加而增加。③射孔方向沿着最大主应力方向时,裂缝扩展方向不发生偏转;射孔面与最大主应力面存在水平角,可采用增加定面射孔对裂缝扩展方向加以引导;射孔面与最大主应力面存在竖直角,可适当增大定面射孔夹角,对裂缝扩展方向加以引导,但是夹角不能太大,否则起不到引导作用。④射孔间夹角30度情况下,随着射孔面与最大主应力面水平夹角的增大,裂缝偏转角度增大,裂缝横向扩展范围变化不大;射孔间夹角30度情况下,随着射孔面与最大主应力面竖直夹角的增大,裂缝偏转角度增大,裂缝横向扩展范围减小。通过总结计算得出的水力压裂裂缝扩展规律,为水力压裂设计、指导水力压裂裂缝扩展的预测具有较好的参考作用。