调查同时从多个穿孔断裂传播集群在水平井中使用3 d离散单元法gydF4y2Ba

1介绍gydF4y2Ba

作为一种非常规资源,页岩储层的特点是低孔隙度和超低渗透率(gydF4y2Ba黄et al ., 2018gydF4y2Ba;gydF4y2Ba王et al ., 2019gydF4y2Ba;gydF4y2Ba歌et al ., 2021gydF4y2Ba)。多级水力压裂已成为一个标准的技术来有效地利用页岩油气(gydF4y2Ba罗et al ., 2022gydF4y2Ba;gydF4y2BaZhang et al ., 2022gydF4y2Ba)。为了扩大裂缝面积,学者和企业不断探索生成多个集群间距较小的裂缝,从而能达到更高的生产。根据分析结果从分布式温度传感(DTS)和分布式声传感(DAS),一些穿孔集群只收到一小部分压裂液和支撑剂,和大约三分之一的穿孔集群没有生产贡献(gydF4y2Ba米勒et al ., 2011gydF4y2Ba;gydF4y2BaSomanchi et al ., 2017gydF4y2Ba)。也就是说,多个液压骨折不能统一生成在一个舞台上,导致一个明显的对比在天然气和石油生产为每个沿井筒破裂。先前的研究表明,压力在多个干扰骨折影响每个骨折(几何的一个重要因素gydF4y2Ba霁et al ., 2015gydF4y2Ba;gydF4y2Ba吴和奥尔森,2016gydF4y2Ba;gydF4y2Ba唐et al ., 2019gydF4y2Ba)。从根本上说,水力压裂的效果是由许多因素决定的,如射孔参数、岩石性质,gydF4y2Ba现场gydF4y2Ba压力,压裂治疗参数。与此同时,水力压裂是一个高度非线性和流体力学耦合的过程(gydF4y2Ba朱et al ., 2019gydF4y2Ba)。因此,一个集成的模型,可以准确地模拟水平井的三维断裂传播是必需的。如何减少压力的干扰,提高裂缝几何是工程师的关注。近年来,调查同时水平井中的多个断裂传播一直是一个热点问题。gydF4y2Ba

可以直接观察多个裂缝延伸的结果通过物理实验(gydF4y2Ba谭et al ., 2020gydF4y2Ba;gydF4y2Ba王et al ., 2022 agydF4y2Ba)。他们等人研究了密集液压骨折之间的交互通过三轴装置,和几个先前存在的等级在井筒的设计代表了射孔孔(gydF4y2Ba他们et al ., 2011gydF4y2Ba)。刘等人进行了致密砂岩三轴实验探讨几何图形的多个骨折和压裂曲线的模式。影响因素包括净压力、裂缝间距、射孔参数,gydF4y2Ba现场gydF4y2Ba压力和固井质量分析(gydF4y2Ba刘et al ., 2018gydF4y2Ba)。然而,物理实验只能定性研究断裂传播由于规模效应,和实验准备是复杂和高成本是必需的。因此,一些学者开展物理实验研究多个裂缝延伸。相比之下,理论研究往往是一个经济的方法。gydF4y2Ba

目前,数值模型来模拟断裂传播主要包括2 d、伪3 d和平面3 d模型。开发各种2 d水力压裂模型来模拟多个裂缝延伸。作为一个间接边界元法(BEM)位移不连续法(DDM)早些时候用来模拟多发性骨折的竞争传播考虑压力干扰(gydF4y2Ba克劳奇,1976gydF4y2Ba)。吴和奥尔森提出一个完全耦合的水力裂缝延伸模型使用2 d-ddm,和显示不平衡的裂缝延伸的影响机制(gydF4y2Ba吴和奥尔森,2013gydF4y2Ba)。Sesetty和Ghassemi调查了在顺序和同步压裂裂缝延伸了单个和多个水平井使用完全耦合的2 d-ddm (gydF4y2BaSesetty Ghassemi, 2015gydF4y2Ba)。此外,二维不均匀增长的分析多个断裂已经被一些学者进行了使用扩展有限元法(XFEM) (gydF4y2Ba施et al ., 2016gydF4y2Ba;gydF4y2Ba李et al ., 2017gydF4y2Ba;gydF4y2Ba谭et al ., 2021gydF4y2Ba)。然而,2 d模型建模的致命缺陷断裂高度增长虽然能反映多个断裂传播的物理机制下一个伟大的计算速度。Settari等人提出了伪3 d模型对水力压裂设计在1980年代,它可以模拟裂缝高度增长基于应力强度因子的解析解(gydF4y2Ba帕默et al ., 1983gydF4y2Ba;gydF4y2BaSettari佳,1986gydF4y2Ba)。Linkov等人提出了一种改进的基于等效KGD模型伪3 d模型计算裂缝高度传播压力对比(gydF4y2BaLinkov和马尔可夫,2020年gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba赵et al . (2016gydF4y2Ba)建立了一个伪3 d模型来模拟同步传播水平井多处骨折,耦合的影响,许多因素包括岩石的弹性变形、应力骨折和流体间的交流。gydF4y2Ba杨et al。(2018)gydF4y2Ba提出了一种基于2 d-ddm pseudo-3D多集群压裂模型和能量释放率的标准和措施,促进统一传播多种骨折。然而,伪3 d模型的计算精度不足的应力场的多个断裂,因为平面应变假设,这种方法并不是适用于模拟裂缝高度增长的高应力层。平面三维模型,应用三维固体力学方程计算岩石变形,同时允许二维流体流动,提供更好的描述流体在断裂行为。gydF4y2BaBarree (1983gydF4y2Ba)建立了平面3 d数值模拟器采用固定网格法在异构的媒体。gydF4y2Ba皮尔斯和他们(2014gydF4y2Ba)研究了不均匀的影响集群空间增加骨折统一使用一个发达,完全耦合,平面三维压裂模型。gydF4y2Ba唐et al . (2016gydF4y2Ba)分析了多个裂缝延伸使用基于平面3 d-ddm thermal-hydro-mechanical模型和非均匀分布的支撑剂被观察到。然而,平面三维模型有一个不利的弯曲断裂由压力引起的干扰和压力异质性无法考虑。近年来,为了更准确地模拟多个断裂传播,一些新的3 d模型是由学者(gydF4y2Ba李et al ., 2016gydF4y2Ba;gydF4y2Ba黄et al ., 2020gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

在1970年代,gydF4y2BaCundall (1971gydF4y2Ba首先开发了离散单元法(DEM)来描述non-continuum的非线性力学行为。近年来,学者们开始研究水力裂缝延伸使用民主党(gydF4y2BaZhang et al ., 2017gydF4y2Ba;gydF4y2Ba他et al ., 2020年gydF4y2Ba;gydF4y2Ba黄et al ., 2022gydF4y2Ba)。作为一个典型的民主党,块离散单元法(BDEM)适用于描述不连续(如页岩储层)与流体机械完全耦合的效果。这个模型是由一系列的可变形块,由联系人联系的岩层。这种方法不需要复杂的本构方程,采用显式的解决方案,并有很强的收敛,大大减少了计算量。与其他民主党方法相比(如颗粒流代码方法),BDEM方法能更好地模拟裂缝高度增长和多个裂缝延伸。gydF4y2Ba张和Dontsov (2018gydF4y2Ba)使用BDEM来研究三维断裂传播和支撑剂运输分层水库考虑应力分布的影响。gydF4y2Ba阴et al . (2020gydF4y2Ba)研究断层活化,诱导地震活动引起的使用BDEM水力压裂。gydF4y2Ba郑et al . (2022gydF4y2Ba)研究了压裂液粘度的影响和注射速率在页岩储层水力压裂垂直传播的发达的床上用品的飞机。虽然BDEM方法已被广泛用于分析裂缝延伸的力学行为,很少有研究同时多发性骨折的三维传播考虑压力的干扰骨折中,和床上用品的飞机在多个裂缝延伸的影响研究。gydF4y2Ba

为了研究地质和工程的影响参数对多个在页岩储层裂缝延伸,我们建立了压裂水平井模型,考虑应力干涉效应的影响,穿孔摩擦和流体机械使用3 d-bdem耦合效应。基于这个模型,包括敏感性分析的关键影响参数gydF4y2Ba现场gydF4y2Ba压力、层面、集群间距,穿孔号码、注射速率和压裂液粘度在多个页岩储层中裂缝延伸系统地研究。多个断裂和动态流量分配的均匀性之间的集群在一个阶段进行了分析。基于研究结果,工程措施来调整每个集群的流量和提高水平页岩井的裂缝几何图形。gydF4y2Ba

2数值模拟方法gydF4y2Ba

对于阻止民主党,它假定岩石分为很多块的关节,和之间的交互块满足牛顿第二定律。在模型中,在块的力平衡初始状态条件下。当部队或约束系统的改变,块移动或旋转,导致街区上的力的变化。系统最终达到一个新的平衡块之间的交互。gydF4y2Ba

为刚性块,块的旋转平面运动方程和方程分别表示为:gydF4y2Ba

在哪里gydF4y2Ba ${\stackrel{¨gydF4y2Ba}{\mathrm{xgydF4y2Ba}}}_{\mathrm{我gydF4y2Ba}}$ 是加速度,gydF4y2Ba ${\stackrel{\dot{}gydF4y2Ba}{\mathrm{xgydF4y2Ba}}}_{\mathrm{我gydF4y2Ba}}$ 是速度,gydF4y2Ba $\mathrm{\eta gydF4y2Ba}$ 阻尼系数,gydF4y2BaFgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba是合力作用于物体的中心,gydF4y2Ba米gydF4y2Ba块的质量,gydF4y2BaggydF4y2Ba_我gydF4y2Ba重力加速度,gydF4y2Ba ${\stackrel{\dot{}gydF4y2Ba}{\mathrm{\omega gydF4y2Ba}}}_{\mathrm{我gydF4y2Ba}}$ 是角加速度,gydF4y2Ba ${\mathrm{\omega gydF4y2Ba}}_{\mathrm{我gydF4y2Ba}}$ 是角速度,gydF4y2Ba米gydF4y2Ba_我gydF4y2Ba弯矩,gydF4y2Ba我gydF4y2Ba转动惯量。gydF4y2Ba

在阻止民主党,每个可变形块是由几个四面体有限元网格。块变形的复杂性与分裂的元素的数量直接相关。类似于有限元方法(FEM),四面体的顶点元素被称为节点。gydF4y2Ba

在平衡条件下,节点上的合力等于0。相反,如果合力不为0,那么有一个加速度的节点。显式差分方法(EDM)用来解决模型,并采用线性动量平衡方程和displacement-velocity关系来计算节点的平移自由度的,如下所示:gydF4y2Ba

在哪里gydF4y2Ba ${{\stackrel{\dot{}gydF4y2Ba}{\mathrm{ugydF4y2Ba}}}_{\mathrm{我gydF4y2Ba}}}^{\mathrm{tgydF4y2Ba}}$ ,gydF4y2Ba ${{\mathrm{ugydF4y2Ba}}_{\mathrm{我gydF4y2Ba}}}^{\mathrm{tgydF4y2Ba}}$ 分别的速度和位移gydF4y2Ba我gydF4y2Ba(gydF4y2Ba我gydF4y2Ba= 1,2,3)组件gydF4y2BatgydF4y2Ba,gydF4y2Ba $\sum gydF4y2Ba{\mathrm{FgydF4y2Ba}}_{\mathrm{我gydF4y2Ba}}^{\left(\mathrm{tgydF4y2Ba}\right)}$ 的合力是吗gydF4y2Ba我gydF4y2Ba(gydF4y2Ba我gydF4y2Ba= 1,2,3)组件在节点时间gydF4y2BatgydF4y2Ba,gydF4y2Ba $∆gydF4y2Ba\mathrm{tgydF4y2Ba}$ 是时间步。gydF4y2Ba

组件的角速度gydF4y2Ba我gydF4y2Ba在时间gydF4y2BatgydF4y2Ba计算由中央差分方程:gydF4y2Ba

可变形块的增量本构关系方程可以描述为:gydF4y2Ba

在哪里gydF4y2Ba ${\mathrm{\lambda gydF4y2Ba}}_{\mathrm{0gydF4y2Ba}}$ 和gydF4y2Ba ${\mathrm{\mu gydF4y2Ba}}_{\mathrm{0gydF4y2Ba}}$ 瘸子常数;gydF4y2Ba $∆gydF4y2Ba{\mathrm{\sigma gydF4y2Ba}}_{\mathrm{我gydF4y2Ba}\mathrm{jgydF4y2Ba}}^{\mathrm{egydF4y2Ba}}$ 应力张量的增加;gydF4y2Ba $∆gydF4y2Ba{\mathrm{\epsilon gydF4y2Ba}}_{\mathrm{vgydF4y2Ba}}$ 是体积应变的增量;gydF4y2Ba ${\mathrm{\delta gydF4y2Ba}}_{\mathrm{我gydF4y2Ba}\mathrm{jgydF4y2Ba}}$ 是克罗内克函数,gydF4y2Ba $∆gydF4y2Ba{\mathrm{\epsilon gydF4y2Ba}}_{\mathrm{我gydF4y2Ba}\mathrm{jgydF4y2Ba}}$ 是应变的增量。gydF4y2Ba

在阻止民主党,任何两个街区连接的接触,可以设置为一个共同的地方。沿着关节的关节骨折传播坏了。关节的变形和破坏遵循库仑伸缩接头接触行为。摘要本构模型考虑剪切和拉伸断裂,也被认为是联合扩张。接触变形是正常和剪切所描述的关系。gydF4y2Ba

法向力的增量是由:gydF4y2Ba

在哪里gydF4y2Ba $∆gydF4y2Ba{\mathrm{FgydF4y2Ba}}_{\mathrm{ngydF4y2Ba}}$ 法向力的增量作用于接触,gydF4y2Ba ${\mathrm{kgydF4y2Ba}}_{\mathrm{ngydF4y2Ba}}$ 是正常的刚度,gydF4y2Ba $\mathrm{一个gydF4y2Ba}$ 接触面积,gydF4y2Ba $∆gydF4y2Ba{\mathrm{UgydF4y2Ba}}_{\mathrm{ngydF4y2Ba}}$ 是正常的增量位移。gydF4y2Ba

剪切力的增加是由:gydF4y2Ba

在哪里gydF4y2Ba $∆gydF4y2Ba{\mathrm{FgydF4y2Ba}}_{\mathrm{年代gydF4y2Ba}}$ 剪切力的增加作用于接触,gydF4y2Ba ${\mathrm{kgydF4y2Ba}}_{\mathrm{年代gydF4y2Ba}}$ 剪切刚度,gydF4y2Ba $∆gydF4y2Ba{\mathrm{UgydF4y2Ba}}_{\mathrm{年代gydF4y2Ba}}$ 剪切位移的增量。gydF4y2Ba

原始的关节,正常的最大拉伸力可以计算为:gydF4y2Ba

在哪里gydF4y2Ba ${\mathrm{FgydF4y2Ba}}_{\mathrm{马克斯gydF4y2Ba}}^{\mathrm{ngydF4y2Ba}}$ 是正常的最大拉伸力,gydF4y2Ba ${\mathrm{年代gydF4y2Ba}}_{\mathrm{tgydF4y2Ba}}$ 抗拉强度。gydF4y2Ba

最大剪切力可以计算为:gydF4y2Ba

在哪里gydF4y2Ba ${\mathrm{FgydF4y2Ba}}_{\mathrm{马克斯gydF4y2Ba}}^{\mathrm{年代gydF4y2Ba}}$ 最大剪切力,gydF4y2Ba $\mathrm{CgydF4y2Ba}$ 联合凝聚力,gydF4y2Ba ${\mathrm{FgydF4y2Ba}}^{\mathrm{ngydF4y2Ba}}$ 是正常的力量作用于关节,然后呢gydF4y2Ba $\mathrm{\phi gydF4y2Ba}$ 内摩擦角。gydF4y2Ba

当最大正常应力达到或超过正常的力量联合,最大剪切应力达到或超过抗剪强度的关节,关节的接触将被拉伸或剪切力,抗拉强度和联合凝聚力降低为零。gydF4y2Ba

关节的拉伸和剪切破坏准则联系描述如下:gydF4y2Ba

在哪里gydF4y2Ba ${\mathrm{FgydF4y2Ba}}_{\mathrm{ngydF4y2Ba}}$ 是正常的力量作用于接触,gydF4y2Ba ${\mathrm{FgydF4y2Ba}}_{\mathrm{年代gydF4y2Ba}}$ 剪切力作用在接触。gydF4y2Ba

联合联系人失败之后,关节的变形是由块变形,如情商所示。gydF4y2Ba6gydF4y2Ba

流体的联合满足navier - stokes方程(gydF4y2Ba金和陈,2019年gydF4y2Ba)。当两个共同面临的是近似平行和不透水,流体是不可压缩的,navier - stokes方程可以简化为雷诺方程。液体流率可以表示为:gydF4y2Ba

在哪里gydF4y2Ba $\mathrm{bgydF4y2Ba}$ 是联合孔径(裂缝宽度),gydF4y2Ba $\mathrm{问gydF4y2Ba}$ 是流体流量,gydF4y2Ba $∆gydF4y2Ba\mathrm{PgydF4y2Ba}$ 流体域的压差,gydF4y2Ba $\mathrm{\mu gydF4y2Ba}$ 是压裂液粘度,gydF4y2Ba $\mathrm{lgydF4y2Ba}$ 是流体域的长度。gydF4y2Ba

流体在裂缝是一个流体机械耦合的过程。在一个时间步,流体压力作用于关节表面,导致岩石变形,导致流体压力的更新。时间步后,更新后的流体压力导致裂缝宽度的变化,从而改变裂缝渗透率。有效应力通常用来计算固体流体的作用下的变形,可以得到:gydF4y2Ba

在哪里gydF4y2Ba ${\mathrm{\sigma gydF4y2Ba}}^{\prime gydF4y2Ba}$ 有效应力,gydF4y2Ba $\mathrm{\sigma gydF4y2Ba}$ 是总压力,gydF4y2Ba $\mathrm{\alpha gydF4y2Ba}$ 是Boit系数,gydF4y2Ba ${\mathrm{PgydF4y2Ba}}_{\mathrm{pgydF4y2Ba}}$ 储层压力。gydF4y2Ba

裂缝宽度之间的平均距离被定义为两个平行关节表面,这是相关岩体的变形。众所周知,流体流速与裂缝宽度。因此,裂缝渗透率的岩石变形的影响主要表现为关节孔径的变化。联合孔径所描述的:gydF4y2Ba

在哪里gydF4y2Ba ${\mathrm{bgydF4y2Ba}}_{\mathrm{0gydF4y2Ba}}$ 是初始联合光圈,然后呢gydF4y2Ba $\mathrm{\varphi gydF4y2Ba}$ 是扩张角。gydF4y2Ba

压力与流体体积改变和注入参数。域压力所描述的:gydF4y2Ba

在哪里gydF4y2Ba $\mathrm{PgydF4y2Ba}$ 域的压力,gydF4y2Ba ${\mathrm{PgydF4y2Ba}}_{\mathrm{0gydF4y2Ba}}$ 在以前的时间步,域的压力gydF4y2Ba ${\mathrm{KgydF4y2Ba}}_{\mathrm{fgydF4y2Ba}}$ 是流体的体积弹性模量,gydF4y2Ba $\mathrm{问gydF4y2Ba}$ 域的是流量的总和,gydF4y2Ba $\mathrm{VgydF4y2Ba}$ 是域体积,gydF4y2Ba ${\mathrm{VgydF4y2Ba}}_{\mathrm{0gydF4y2Ba}}$ 域体积在先前的时间步,gydF4y2Ba $∆gydF4y2Ba\mathrm{VgydF4y2Ba}$ 是域的体积变化。gydF4y2Ba

穿孔的摩擦压降方程可用来预测提出的嘎吱声和康威(gydF4y2Ba嘎吱声和康威,1988gydF4y2Ba):gydF4y2Ba

在哪里gydF4y2Ba ${\mathrm{PgydF4y2Ba}}_{\mathrm{fgydF4y2Ba}}$ 穿孔摩擦压降,gydF4y2Ba $\mathrm{\rho gydF4y2Ba}$ 是流体密度,gydF4y2Ba ${\mathrm{KgydF4y2Ba}}_{\mathrm{dgydF4y2Ba}}$ 流量系数,gydF4y2Ba $\mathrm{NgydF4y2Ba}$ 穿孔的数量,gydF4y2Ba $\mathrm{dgydF4y2Ba}$ 穿孔直径。gydF4y2Ba

3模型的验证gydF4y2Ba

页岩储层模型的尺寸100×100×40 m是建立基于BDEM,如图所示gydF4y2Ba图1gydF4y2Ba。在模型中,垂直地分为三层,顶部和底部部分的屏障层,和每个阻挡层的厚度为10米。页岩储层位于模型的中间,厚度为20米。建立了水平井筒(红线),和有六个穿孔集群(绿色球)在一个沿着井筒压裂阶段设置。在每个集群的位置,一个液压骨折将启动和传播垂直于井筒。在6个集群,集群6是靠近井筒的鞋跟,和集群1是脚趾井筒附近的。页岩储层模型包含床上用品的飞机,几个水平关节预设多个裂缝延伸模型来研究。gydF4y2Ba

在1950年代,平面应变KGD Khristianovic提出的裂缝延伸模型和Zheltov (gydF4y2BaKhristianovic Zheltov, 1955gydF4y2Ba)。然后,Donstov发达传播扁平形液压骨折的快速解决方案,考虑断裂韧性,流体粘度、滤失(gydF4y2BaDontsov 2016gydF4y2Ba)。为了验证BDEM-based裂缝延伸模型,我们比较viscosity-dominated政权下分析模型。裂缝宽度和裂缝长度的解析表达式可以被描述为(gydF4y2Ba黄et al ., 2019gydF4y2Ba;gydF4y2Ba黄et al ., 2022gydF4y2Ba):gydF4y2Ba

在哪里gydF4y2Ba $\mathrm{wgydF4y2Ba}$ 裂缝宽度,gydF4y2Ba ${\mathrm{问gydF4y2Ba}}_{\mathrm{0gydF4y2Ba}}$ 注射速率,gydF4y2Ba $\mathrm{tgydF4y2Ba}$ 注射时间,gydF4y2Ba $\mathrm{xgydF4y2Ba}$ 之间的距离是一个特定位置的液压骨折和注入点,gydF4y2Ba $\mathrm{lgydF4y2Ba}$ 裂缝长度的一半,gydF4y2Ba $\mathrm{EgydF4y2Ba}$ 杨氏模量,gydF4y2Ba $\mathrm{\upsilon gydF4y2Ba}$ 泊松比。gydF4y2Ba

模型验证所示的输入参数gydF4y2Ba表1gydF4y2Ba。gydF4y2Ba图2gydF4y2Ba显示了BDEM数值解之间的比较和分析模型的建模结果。结果表明,裂缝宽度上有良好的协议由这两种方法计算,表明本文BDEM模型建立是可靠的。gydF4y2Ba

4建模结果与讨论gydF4y2Ba

4.1输入参数gydF4y2Ba

多个水力压裂过程中裂缝延伸在很大程度上是受地质和工程参数(gydF4y2Ba谭et al ., 2017gydF4y2Ba;gydF4y2BaZhang et al ., 2021gydF4y2Ba;gydF4y2Ba王et al ., 2022 bgydF4y2Ba;gydF4y2Ba郭et al ., 2022gydF4y2Ba;gydF4y2Ba窦和王出版社,2022年gydF4y2Ba;gydF4y2Ba周和杨,2022年gydF4y2Ba;gydF4y2Ba黄et al ., 2023gydF4y2Ba)。在本文中,这些参数包括的影响gydF4y2Ba现场gydF4y2Ba压力、层面、集群间距,穿孔号码、注射速率和压裂液粘度在多个断裂传播在一个阶段研究了使用上面建立的数值模型。一系列的数值模拟(O)情况下的多个断裂传播进行了分别通过改变每个参数的值。gydF4y2Ba表2gydF4y2Ba显示每个建模用例的输入参数。在这项研究中,页岩油储层的基本参数是在中国西部,如例所示的gydF4y2Ba表1gydF4y2Ba。在每种情况下,页岩储层的杨氏模量设置为46 GPa,泊松比是0.224。杨氏模量的阻挡层设置在51 GPa,泊松比是0.263。阻挡层的最小主应力是5 MPa大于的页岩储层。比较其他情况下的结果与基本情况(情况下)的影响因素进行分析。研究层面的影响飞机在多个裂缝延伸,情况下F给页岩储层模型与强烈巩固了床上用品的飞机,床上用品的飞机的剪切强度更强,和内摩擦角设置为30°。情况下G给页岩储层模型和弱胶结层理飞机、床上用品的飞机的剪切强度较弱,内摩擦角是设定在10°。在上述两种情况下,床上用品的飞机是6 MPa的抗拉强度,和床上用品的飞机的凝聚力是1.5 MPa。gydF4y2Ba

4.2地质参数的影响gydF4y2Ba

根据输入参数gydF4y2Ba表2gydF4y2Ba情况下的数值模拟,案例啊。多个断裂的断口形貌为每个案件如本节所示,和流量的变化到每个集群绘制,在这一节中讨论。在下面的制作的人物形态,色彩在不同的断裂位置代表裂缝宽度(孔径)的价值。gydF4y2Ba

4.2.1gydF4y2Ba现场gydF4y2Ba压力gydF4y2Ba

在本节中,我们将研究的影响gydF4y2Ba现场gydF4y2Ba压力组合多个断裂传播保持其他参数不变的情况下。gydF4y2Ba图3gydF4y2Ba最后显示了裂缝形态的五个不同的注入gydF4y2Ba现场gydF4y2Ba应力状态组合。可以看出,多个bi-wing骨折发起和垂直于井筒在每种情况下传播。每个断裂的几何图形在一个阶段是不同的,由于不同压裂液。从gydF4y2Ba图3gydF4y2Ba外两个骨折的断裂长度略大于内部断裂,这意味着一个更广泛的区域内刺激双方压裂阶段。此外,内部四个集群在一定程度上被抑制,导致小得多的裂缝宽度和面积较大的低效率的裂缝宽度(小于1毫米)。这种现象已经被一些以往的研究证实(gydF4y2Ba吴和奥尔森,2016gydF4y2Ba;gydF4y2Ba杨et al ., 2018gydF4y2Ba),表明它是由竞争引起的裂缝延伸压力干扰和摩擦效应所致。gydF4y2Ba

情况下,B和C比较垂直的效果gydF4y2Ba现场gydF4y2Ba10 MPa的压力水平应力差。数值模拟结果表明,断裂几何图形通过以上三个案例非常接近,表明垂直压力几乎没有影响的传播在均质油藏纵向断裂。另一方面,情况下,D和E比较水平应力差当垂直应力的影响保持在64 MPa。结果表明,水平应力差较高时,每个裂缝的长度稍微增加和内部裂缝的宽度明显更大,这意味着骨折更容易传播沿最大主应力方向在更高的水平应力差。中间两个骨折非常克制的水平应力差时只有6 MPa。在这种情况下,中间两个骨折的裂缝宽度较小,特别是注入点附近的区域不有效地打开了。然而当水平应力差达到14 MPa,多个断裂传播相对更均匀,表明高水平应力差可以减少室内骨折的抑制。gydF4y2Ba

为了更好地理解多发性骨折的动态传播过程,流量的变化与注射时间在每个集群绘制gydF4y2Ba图4gydF4y2Ba。每个集群的液体总量分布的五个不同的情况下所示gydF4y2Ba图5gydF4y2Ba。可以看出,在每种情况下,两个骨折在外面总是得到更多的液体比其他所有的注射过程中四个骨折。外两个骨折的流量迅速增加,然后逐渐减少。相反,内部获得的流量四个骨折略有减少,并增加后逐渐总量的一半液体注入。年底的注入,外侧骨折的流量显然比室内骨折。以案例为例,收到的流体总量比例骨折是20.09%,16.79%,13.53%,13.37%,15.68%,和20.54%,分别。比较案例A、B和C,可以看出垂直应力对流速分布几乎没有影响,和每种情况下的流量曲线非常相似,这些骨折终于得到几乎同样体积的压裂液。比较情况下,D和E,我们能找到区别每个流量曲线的形状略随水平应力差的增加,每个裂缝和压裂液的体积得到了更接近下高水平应力差。水平应力差是14 MPa时,流体总量比例获得骨折的19.84%,16.74%,13.76%,13.55%,15.92%,和20.19%,分别。结果验证每个裂缝的流量分布更均匀的条件下高水平应力差。gydF4y2Ba

4.2.2层面gydF4y2Ba

有些页岩储层含有大量的床上用品的飞机强度和较低的床上用品的飞机的存在将影响垂直液压骨折的增长。床上用品的飞机经常的激活促进复杂的裂缝网络的形成,这有利于增加刺激储集层体积(SRV)。在这一节中,有几个水平层理面预设模型中探讨层面对多个裂缝延伸的影响。gydF4y2Ba图6gydF4y2Ba显示了裂缝形态的注入为三个不同的层面发展水平。相比较而言,情况显示了裂缝延伸的结果没有床上用品的飞机。可以看出,页岩储层的强烈巩固了床上用品的飞机,几床上用品的飞机被压裂液激活(gydF4y2Ba图6 bgydF4y2Ba)。鞋跟的井筒附近的骨折可以连接几床上用品的飞机,但压裂液流经床上用品的飞机的距离很短。此外,靠近井筒的脚趾,越难激活床上用品的飞机。gydF4y2Ba

另一方面,页岩储层与弱胶结层理的飞机,很多床上用品的飞机由液压骨折,有效地激活和打开和fence-like断裂网络生成(gydF4y2Ba图6 cgydF4y2Ba)。同样,鞋跟的井筒附近的骨折可以交流更多的床上用品的飞机比其他骨折。它也可以发现,每个裂缝的长度较小,因为液体过滤到床上用品的飞机。与页岩储层没有床上用品的飞机相比,中间两个骨折的宽度是页岩储层与层理飞机明显降低,这表明存在的床上用品的飞机增加压力干扰的影响,即使在床上用品的飞机相对强烈了。上述两种情况下,激活床上用品的飞机非常低的宽度(蓝色)。这是因为正常的压力将减少和交叉线附近的剪切应力增加的层理面液压骨折方法层面时,剪切破坏是更容易发生在层理面水力压裂的压裂液流到床上用品的飞机(gydF4y2Ba郑et al ., 2022gydF4y2Ba)。这意味着,床上用品的飞机将被激活,他们将倾向于沿着剪切方向,然而它不会被打开一个伟大的水平。因此,建议使用支撑剂粒径较小的有效支持开床上用品的飞机。对于床上用品的飞机的页岩储层,应尽可能多的压裂液注入,以确保液压骨折和床上用品的飞机的传播,特别是提高床上用品的飞机的宽度。gydF4y2Ba

图7gydF4y2Ba显示流量的变化与注射时间在每个集群层面发展水平不同。与页岩储层没有床上用品的飞机相比,流量获得的每一个裂缝在页岩储层与层理飞机小,因为液体过滤到床上用品的飞机。此外,流速的差异获得的每一个裂缝在页岩储层与层理飞机更大,这意味着存在的床上用品的飞机将促进流量的不均匀分布在每个骨折。尤其是内部四个骨折的流量变化很大,和压裂液受到集群3是远低于其他骨折。然而,床上用品的飞机的存在没有影响外的流量两个骨折。根据流体总量的统计结果情况下F和G (gydF4y2Ba图8gydF4y2Ba),可以看出,流率的百分比受到内部四个骨折不同层面时更大更发达。F,流体总量的比例获得骨折的21.29%,15.60%,10.18%,14.18%,17.27%,和21.47%,分别。为G,流体总量骨折收到的百分比是21.56%,15.00%,10.07%,14.85%,16.70%,和21.82%,分别。gydF4y2Ba

4.3工程参数的影响gydF4y2Ba

4.3.1集群间距gydF4y2Ba

上面的调查主要集中在固有的地质参数对多裂缝延伸的影响。的参数,我们可以控制等工程参数射孔参数(集群间距和射孔数)和注入参数(注射速率和压裂液粘度)。在本节中,我们将研究集群间隔的多个裂缝延伸的影响保持其他参数不变的情况下。gydF4y2Ba图9gydF4y2Ba显示了裂缝形态的注入为集群三个不同的间距。可以看出,每个阶段内断裂的几何三个不同的聚类间距下明显不同(D = 6 m, D = 10 m, D = 14米)。内部四个集群大大抑制当集群间距为6米。在这种情况下,内部四个骨折的断裂长度短于外部的两个骨折,虽然裂缝宽度比较大。同时,外部两个骨折明显增长优先。然而,每个断裂的断裂长度的差异随集群间距的增加而减小。当集群间距是14米,不同骨折相对相似的几何图形,和多个断裂传播更均匀。在这种情况下,压力干扰相邻骨折很弱。结果表明,增加集群间距有利于统一传播中的每个断裂阶段。然而,更大的集群间距意味着更少的骨折在一个阶段,这导致一些水库地区尚未有效地刺激。这时,之间的距离矩阵领域和液压骨折远,这使得石油流矩阵很难液压骨折。 How to optimize the treatment parameters to obtain a reasonable fracture geometries without expanding the cluster spacing is an important prerequisite for the optimal design of multi-cluster fracturing.

流量的变化与注射时间在每个集群绘制gydF4y2Ba图10gydF4y2Ba。可以看出,整个曲线形状的流量很多不同。在每一种情况下,流量曲线显示明显的波峰和波谷当集群间距为6米。在这种情况下,外部两个骨折的流量急剧增加,而内部裂缝的流量变得更小。流体注入一段时间,外面的两个骨折逐渐开始收到较少的液体,和中间两个骨折获得更多的液体。最后注入,中间两个骨折的流量比其他四个骨折。在整个注塑过程中,外层的流量曲线两种骨折显示了相反的趋势,其他四个骨折。与集群间距的增加,曲线变得平坦。压裂液内每个断裂阶段更相似,表明这些骨折可以传播得更加均匀。每个集群的液体总量分布的三种不同情况下所示gydF4y2Ba图11gydF4y2Ba。结果表明,外两个骨折终于收到比室内更压裂液骨折。此外,流量区别不同的骨折随集群间距的增加而减小。当集群间距为6米,总受到流体体积百分比骨折是19.23%,15.98%,14.36%,14.87%,16.62%,和18.93%,分别。当集群间隔14米,总液体体积百分比受到骨折的19.25%,16.00%,15.34%,15.76%,14.19%,和19.46%,分别。一句话,每个骨折获得的流量随着集群间距的增加。gydF4y2Ba

4.3.2射孔数gydF4y2Ba

在本节中,我们将研究穿孔号码多个裂缝延伸的影响保持其他参数不变的情况下。gydF4y2Ba图12gydF4y2Ba显示了裂缝形态的注入为三个不同的射孔数。可以看出每个阶段内断裂的几何学的差异变得越来越小的减少穿孔数。特别,当穿孔的数量在每个集群大于8中,射孔数对断裂形态具有明显的影响。当每个集群的炮眼数量达到12(1.5倍的情况下),中间两个骨折的长度和宽度明显小于其他四个骨折。结果可以用有限的理论来解释条目穿孔。射孔孔摩擦减少穿孔的数量将增加。这时,流体流经孔的阻力增加,和外部和内部的流体压力差骨折将更小,从而促进统一传播中的每个断裂阶段。然而,情况下J和比较,可以看出,减少穿孔的数量几乎没有影响骨折形态当每个集群的炮眼数量小于8。此时,穿孔摩擦对裂缝延伸的影响比压力较弱的干扰。在这种情况下,有必要提高裂缝几何图形调整集群间距等其他措施。 Although the simulation results show that reducing the number of perforations is conducive to promoting the uniform propagation of multiple fractures, significantly reducing the number of perforations will cause high perforation friction and a remarkable increase in wellhead pressure during fracturing treatment. Therefore, the number of perforations should be controlled within a reasonable range.

流量的变化与注射时间在每个集群绘制gydF4y2Ba图13gydF4y2Ba。可以看出,随着穿孔数量的减少,收到了每个裂缝压裂液的差异更小。当每个集群的射孔数是6,总受到流体体积百分比骨折是18.62%,16.60%,14.98%,14.91%,16.02%,和18.87%,分别(如所示gydF4y2Ba图14gydF4y2Ba)。在这个时候,每个内断裂阶段获得的流量相对较近。然而,流量曲线的变化范围变大与射孔数的增加,和获得的流量骨折所有注射过程中很多不同。以案例K为例,穿孔的数量为每个集群在这种情况下是12。根据建模结果,集群1和集群6的流量迅速增加,然后降低。不同于其他情况下的仿真结果,这两个骨折获得的流量显示明显的差异由于井筒摩擦的影响。然而,井筒摩擦中扮演一个小角色在其他情况下。K,流体总量比例获得骨折的24.07%,18.69%,7.51%,9.91%,13.95%,和25.88%,分别(如所示gydF4y2Ba图14gydF4y2Ba)。结果表明,增加穿孔可以显著的数量导致流量的不均匀分布。gydF4y2Ba

4.3.3注射速率gydF4y2Ba

在本节中,注射速率的影响在多个裂缝延伸调查保持其他参数不变。根据水力裂缝理论,增加注射速率将导致更高的净压力性骨折,因此影响井筒附近的应力场的分布和变化的几何图形骨折。在这篇文章中,3例不同注入率调查。注入率是6米gydF4y2Ba^3gydF4y2Ba/分钟,12米gydF4y2Ba^3gydF4y2Ba/分钟,18米gydF4y2Ba^3gydF4y2Ba分别/分钟。gydF4y2Ba图15gydF4y2Ba说明了三种不同注入率下的断裂形态。结果表明,裂缝内均匀阶段随注射速率的增加,尤其是相比,注射速率时的情况下L和m .是6米gydF4y2Ba^3gydF4y2Ba/分钟,外两个骨折的长度和宽度明显大于内部的骨折,表现出明显的不同几何尺寸之间的外部和内部骨折。室内骨折,其中三个几乎启动后向前传播,极大地限制,另一个集群(4)只有很短的一段距离井筒延伸。当注射速率增加到12米gydF4y2Ba^3gydF4y2Ba/分钟,断裂长度更均匀分布。骨折的情况下,内部的宽度增加很多。M和案件之间的比较表明,断裂长度略有增加,但中间两个骨折的宽度是更高的注入量的增加从12米gydF4y2Ba^3gydF4y2Ba18米/分钟gydF4y2Ba^3gydF4y2Ba/分钟。一句话,注射速率在多个断裂传播有着非常重要的影响,它有利于促进骨折的均匀生长在一个阶段通过增加注入量。gydF4y2Ba

流量的变化与注射时间在每个集群绘制gydF4y2Ba图16gydF4y2Ba。可以看出,当注入率是6米gydF4y2Ba^3gydF4y2Ba/分钟,外两个断裂总是得到更多的流体在注射过程即使流量曲线在最后阶段有略微下降的趋势。但是,只有一小部分的液体流进室内四骨折。三四个骨折的流量迅速降低到接近零,这意味着将会有几乎没有液体进入这些骨折。然而,另一个骨折(集群4)是那么拘谨,和在初始阶段流量相对稳定后,逐步增加。比较情况下L、M和A,可以看出更多的流体受到内部骨折与注入量的增加,和每个流量曲线的形状之间的差异减少。结果表明,压力干扰下弱注射速率高。gydF4y2Ba

每个集群的液体总量分布的三种不同情况下所示gydF4y2Ba图17gydF4y2Ba。可以看出,每个裂缝流体流入与注入量的增加更均匀。当注入率是6米gydF4y2Ba^3gydF4y2Ba/分钟,流体总量的百分比成不同的骨折是37.99%,3.99%,4.16%,12.55%,2.83%,和38.50%,分别。结果表明,流量的比例不同的骨折千差万别。当注射速率达到12米gydF4y2Ba^3gydF4y2Ba/分钟,流体总量的百分比成不同的骨折是23.10%,17.88%,9.65%,10.28%,14.30%,24.79%。这表明流体受到内部抑制显著提高骨折通过增加注入量从6米gydF4y2Ba^3gydF4y2Ba12米/分钟gydF4y2Ba^3gydF4y2Ba/分钟,显示增加注入量是一个有效的措施来改善多个裂缝增长的一致性。此外,流体受到内部骨折可以进一步增加随着喷射率的增加从12米gydF4y2Ba^3gydF4y2Ba18米/分钟gydF4y2Ba^3gydF4y2Ba/分钟。结果表明,增加注入量不仅可以提高裂缝的几何图形,还有效地调整流量接收到骨折。因此,注射速率应该增加尽可能多的在处理设备的极限。gydF4y2Ba

4.3.4压裂液粘度gydF4y2Ba

在本节中,3例有不同压裂液粘度的调查、和流体粘度5 cP, 30 cP,分别和100 cP。gydF4y2Ba图18gydF4y2Ba说明了三种不同的压裂液粘度下的断裂形态。结果表明,断裂几何是极大地受到流体粘度的影响。可以看出,流体粘度的增加会抑制水力裂缝传播沿最大主应力的方向在一定程度上。然而,每一个断裂的裂缝宽度与流体粘度的增加显著扩大。比较案例和案例N,每个裂缝的长度在一定程度上降低流体粘度增加从5 cP 30 cP。除了中间两个骨折的宽度几乎没有改变,其他四个骨折的宽度增加。比较案例N和O,每个断裂的断裂长度时仅略有降低流体粘度增加从30 cP - 100 cP。外四个骨折的宽度增加很大程度上。然而,中间两个骨折的宽度只会增加一点。相比之下,生成的多个骨折更统一下降低压裂液粘度。页岩储层低渗透性的主要目标是创建长骨折而不是增加电导率。因此,压裂液粘度较低有利于增加断裂长度和多个断裂在页岩储层均匀性,因此需要采用增加支撑剂注射率高承载能力。gydF4y2Ba

流量的变化与注射时间在每个集群绘制gydF4y2Ba图19gydF4y2Ba。结果表明,不同骨折之间的动态流量随压裂液粘度的增加。当压裂液粘度增加,压裂液的比例获得的中间两个骨折不断减少。每个断裂的液体总量分布的三种不同情况下所示gydF4y2Ba图20gydF4y2Ba。可以看出,当流体粘度5 cP,流体总量的百分比成不同的骨折是20.09%,16.79%,13.53%,13.37%,15.68%,和20.54%,分别。当流体粘度达到100 cP,流体总量的百分比成不同的骨折是23.50%,17.38%,9.69%,10.69%,13.32%,和25.40%,分别。这表明外骨折获得更多的流体和内部骨折减少流体压裂液粘度的增加。结果表明,提高压裂液的粘度会加重压力干扰和增加几何尺寸之间的差异不同的骨折。gydF4y2Ba

5的结论gydF4y2Ba

块离散单元法(BDEM)是用于建立一个3 d多集群压裂水平井的模型。各种地质和工程参数的影响在多个同时断裂传播在舞台上进行了研究。建议提高裂缝提出了几何图形根据建模的结果。主要结论如下:gydF4y2Ba

1)每个断裂的几何学在一个阶段是不同的,和外侧骨折通常比内部骨折获得更多的压裂液,导致外裂缝的长度和宽度通常大于内部的骨折。根据建模结果,垂直压力几乎没有影响的几何图形多发性骨折,和更高的水平应力差有利于统一传播多发性骨折,和中间两个骨折的宽度的增加,从而提高其水平应力差。床上用品的飞机将加剧压力的存在干涉效应,减少中间两个骨折的宽度。激活和传播在床上用品的飞机将会增加液体过滤,导致水力裂缝长度的减少。gydF4y2Ba

2)增加集群间距能有效促进每一个断裂的传播,可以减少和抑制内部骨折。收到流体之间的差异不同的骨折减少集群间距的增加由于弱压力干扰。每个裂缝变得越来越小的几何差异的减少穿孔由于射孔效果有限的条目数量。与压裂液粘度的增加,断裂长度在一定程度上减少和裂缝宽度显著增加。这时,外部的挤压效应对中产骨折骨折增加,流量分布更不均匀。gydF4y2Ba

3)对页岩储层与层理飞机,大量注入压裂液应确保液压骨折的传播和床上用品的飞机的激活。有必要使用支撑剂尺寸较小的支持床上用品的飞机。只会增加集群间距不是多个骨折的主要方法,促进统一的传播由于渗流距离更远。减少穿孔有利于流速的均匀分布,但导致更高的治疗压力。因此,集群间距和穿孔数量应控制在一个适当的范围内根据储层属性。另一方面,增加注入量,降低压裂液的粘度是重要手段来改善每个断裂的几何学。gydF4y2Ba

数据可用性声明gydF4y2Ba

最初的贡献提出了研究中都包含在本文/辅料,可以针对相应的作者进一步询问。gydF4y2Ba

作者的贡献gydF4y2Ba

RH:调查,原创作品。客户至上:Writing-review和编辑。噢,可视化,Writing-review和编辑。ZY: Writing-Reviewing和编辑。WC:原创作品。生理:Writing-review和编辑。XL:验证。韩:原创作品草案、概念化、监督。gydF4y2Ba

资金gydF4y2Ba

作者承认提供的支持中国的国家自然科学基金(批准号42002271和42002271),和自然科学项目SWPU(2022号qhz009)和国家重点实验室开放研究基金的地质力学和岩土工程,岩土力学研究所、中国科学院(批准号Z020009)。gydF4y2Ba

的利益冲突gydF4y2Ba

作者RH,司法院会、WC和生理改变是受雇于公司中石油公司西南石油和天然气田。gydF4y2Ba

其余作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。gydF4y2Ba

出版商的注意gydF4y2Ba

本文表达的所有索赔仅代表作者,不一定代表的附属组织,或出版商、编辑和审稿人。任何产品,可以评估在这篇文章中,或声称,可能是由其制造商,不保证或认可的出版商。gydF4y2Ba

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