均匀岩层水力压裂的数值模拟及机理研究
水力压裂多裂缝基础理论研究
水力压裂多裂缝基础理论研究水力压裂技术是一种广泛应用于石油、天然气等矿产资源开采中的重要方法。
在水力压裂过程中，由于地层岩性的复杂性和压力传递的特殊性，往往会产生多裂缝现象。
多裂缝的生成、扩展和相互作用对采矿工程的稳定性和安全性具有重要影响，因此针对水力压裂多裂缝的基础理论研究具有重要意义。
本文旨在深入探讨水力压裂多裂缝的基础理论，为相关工程实践提供理论支撑。
水力压裂多裂缝的基础理论主要涉及裂缝的产生原因、特征和影响等方面。
在采矿工程中，地层岩性的不均匀性和应力分布的不确定性是导致多裂缝产生的主要原因。
裂缝的产生会导致地层中的压力重新分布，进而引发裂缝的扩展和相互作用。
多裂缝的特征主要表现在裂缝的数量、形态、大小和方向等方面。
裂缝的数量和形态受地层岩性、开采规模和压力条件等因素影响，而裂缝的大小和方向则与应力分布和地层构造有关。
多裂缝的影响主要表现在以下几个方面：多裂缝会导致地层中的压力重新分布，影响采矿工程的稳定性和安全性。
多裂缝会降低采矿效率，增加采矿成本。
多裂缝还可能引发地面塌陷等地质灾害。
因此，针对水力压裂多裂缝的基础理论研究具有重要意义。
为了深入探讨水力压裂多裂缝的基础理论，本文设计了一系列实验研究。
实验过程中，我们采用了真实地层岩样和实际施工条件，通过模拟水力压裂过程，观察和记录了多裂缝的产生、扩展和相互作用情况。
同时，我们采用了岩石力学测试仪器和压力传感器等设备，对裂缝的数量、形态、大小和方向等特征进行了详细测量。
实验结果表明，地层岩性的不均匀性和应力分布的不确定性是导致多裂缝产生的主要原因。
在采矿工程中，多裂缝的产生会导致地层中的压力重新分布，引发裂缝的扩展和相互作用。
多裂缝的数量和形态受地层岩性、开采规模和压力条件等因素影响，而裂缝的大小和方向则与应力分布和地层构造有关。
为了进一步验证水力压裂多裂缝基础理论的正确性，本文采用了数值模拟方法。
我们建立了水力压裂多裂缝的数值模型，该模型基于弹塑性力学理论，并考虑了地层岩性的不均匀性和应力分布的不确定性等因素。
水平井水力压裂数值模拟研究的开题报告
水平井水力压裂数值模拟研究的开题报告一、选题背景及意义随着人们对能源的需求日益增长，油气资源的开发也日趋重要。
水平井作为一种新型的油气开采方式，具有压裂技术简单、井底用水压能方便等优点，已经成为了油气开采领域的热门技术。
在水平井的生产过程中，水力压裂技术是必须使用的技术之一。
水力压裂是通过使用高压液体将天然气、石油等藏层杂质冲掉，并将井底岩层物质裂开，以提高油气产量和采收率。
目前，水力压裂数值模拟已经成为预测水力压裂效果的重要手段，对于优化水力压裂工艺、提高采收率具有十分重要的意义。
因此，本研究旨在开展水平井水力压缩数值模拟研究，为油气资源的开采提供技术支撑和理论指导。
二、研究内容和方法1.研究内容本研究主要包括以下内容：（1）水力压裂的基本原理及影响因素，建立数值模型；（2）确定影响水力压裂效果的相关因素，使用计算机软件ANSYS Fluent进行数值模拟；（3）通过对数值模拟结果的分析和比较，揭示影响水力压裂效果的因素，并优化水力压裂工艺；（4）通过实验验证数值模拟结果的正确性，同时对比结果进行检验。
2.研究方法本研究主要采用数值模拟和实验验证相结合的方法，主要包括以下步骤：（1）建立水力压裂的数值模型，选取常见的参数作为研究对象，包括压裂液流量、液体密度、压力、间隔时间等等；（2）使用ANSYS Fluent等计算机软件进行数值模拟，分析数值模拟结果，并比较不同参数对水力压裂效果的影响；（3）对数值模拟结果进行验证，在实验室中进行水力压裂实验，验证数值模拟结果的正确性和实用性；（4）通过数值模拟和实验验证，揭示影响水力压裂效果的因素，并对水力压裂工艺进行优化。
三、预期成果及意义1.预期成果本研究将得到以下预期成果：（1）建立水力压裂数值模型，揭示压裂效果的影响因素；（2）优化水力压裂工艺，提高油气产量和采收率；（3）验证数值模拟的正确性和实用性，提高水力压裂技术的可靠性。
2.意义本研究的主要意义包括：（1）为油气资源的开发提供技术支持和理论指导；（2）优化水力压裂工艺，提高油气产量和采收率；（3）促进水力压裂技术的发展，推动油气产业的繁荣。
页岩气藏水力压裂渗吸机理数值模拟研究
页岩气藏水力压裂渗吸机理数值模拟研究雷征东;覃斌;刘双双;蔚涛【摘要】To better understand the imbibition behavior in shale reservoirs during production and hydraulic fracturing operations,we investigated the imbibition mechanism and evaluated the formation damage resulting from imbibition.This paper first presents a hydro-mechanical model for a shale gas reservoir with consideration for multiple flow regimes,gas diffusion and desorption,stress sensitive effect,and capillary pressure.Then the formation damage caused by the imbibition mechanism is evaluated by quantifying facture face skin evolution during fracture cleanup and subsequent production.The simulation results indicate that (1) the imbibition has a huge influence on reservoir performance in well tests and production periods,and a high capillary pressure is the main cause behind the imbibition phenomenon and water blockage around hydraulic fractures;(2) it is possible to obtain the original gas pressure by detecting the fracture pressure of new wells with hydraulic fracturing stimulation;(3) formation damage caused by wetting phase trapping is one of the main causes impairing well productivity hydraulic fracturing of tight gas reservoirs,which should not be neglected.This research provides a theoretical foundation for a better understanding of reservoir performance of shale gas,especially for optimizing production by reducing formation damage caused by imbibition at an early period.%针对页岩储层在水力压裂作业和生产中渗吸机理及作用规律不清的问题,开展了渗吸机理及其引起的地层伤害评估的研究.建立了考虑不同影响因素的页岩水力压裂渗吸数学模型,包括基质和裂缝流动,气体扩散和解吸,应力敏感效应和毛细管压力,然后,讨论了在压裂气藏和后续生产期间如何通过量化裂缝面表皮演变来评估由于渗吸机制导致的储层伤害现象.结果表明,(1)在试井以及生产阶段渗吸对储层特性有较大影响,极大的毛细管压力是导致渗吸现象和水力裂缝附近水封的主要原因;(2)对于实施了水力压裂增产措施的新井通过探测裂缝压力可以获得原始气体压力;(3)润湿相阻塞导致的储层伤害是影响致密气藏水力压裂井生产能力的主要来源之一.研究结果对于页岩气藏的渗流特性能够提供深刻的理解,尤其是为早期生产阶段降低由渗吸作用可能造成的储层伤害来优化生产提供理论依据.【期刊名称】《西南石油大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2017(039)002【总页数】7页(P118-124)【关键词】数值模拟;渗吸机理;页岩气;水力压裂;毛细管压力【作者】雷征东;覃斌;刘双双;蔚涛【作者单位】中国石油勘探开发研究院,北京海淀100083;保利协鑫石油天然气集团控股有限公司,北京东城100010;中国石油勘探开发研究院,北京海淀100083;中国石油勘探开发研究院,北京海淀100083【正文语种】中文【中图分类】TE312雷征东，覃斌，刘双双，等.页岩气藏水力压裂渗吸机理数值模拟研究[J].西南石油大学学报（自然科学版），2017，39（2）：118-124.LEI Zhengdong,QIN Bin,LIU Shuangshuang,et al.Imbibition Mechanism of Hydraulic Fracturing in Shale Gas Reservoir[J].Journal of Southwest Petroleum University(Science&Technology Edition),2017,39(2):118–124.渗吸是两相或者多相体系中与驱替有关的重要流体流动现象。
岩石脆性对水力压裂裂缝影响的数值模拟实验
岩石脆性对水力压裂裂缝影响的数值模拟实验延新杰;李连崇;张潦源;李明;黄波;左家强【期刊名称】《油气地质与采收率》【年(卷),期】2017(024)003【摘要】水力压裂裂缝起裂与拓展轨迹对致密油气储层水力压裂改造效果的影响至关重要.基于胜利油区某区块埋深为3 200m的致密砂岩储层岩石试样的单轴压缩物理实验结果,应用数值模拟软件RFPA2D,对单轴压缩数值模拟实验中的岩石力学参数进行标定,建立数值模拟模型,研究岩石脆性指数及残余应力水平对水力压裂裂缝拓展轨迹的影响.研究结果表明:岩石脆性指数越大,越有利于水力压裂裂缝的拓展,并且产生的裂缝越宽,起裂压力越小,形成有效复杂裂缝网络的面积越大,水力压裂改造的效果越好;岩石残余应力水平越低,水力压裂产生裂缝的发育程度越高,并且压裂裂缝的宽度越宽,起裂压力越低,水力压裂改造的效果越明显.【总页数】6页(P116-121)【作者】延新杰;李连崇;张潦源;李明;黄波;左家强【作者单位】大连理工大学土木工程学院,辽宁大连116024;大连理工大学土木工程学院,辽宁大连116024;中国石化胜利油田分公司石油工程技术研究院,山东东营257000;中国石化胜利油田分公司石油工程技术研究院,山东东营257000;中国石化胜利油田分公司石油工程技术研究院,山东东营257000;中国石化胜利油田分公司石油工程技术研究院,山东东营257000【正文语种】中文【中图分类】TE357.1【相关文献】1.受压脆性岩石Ⅰ-Ⅱ型复合裂纹水力压裂研究 [J], 冯彦军;康红普2.含三维深埋裂纹脆性岩石水力压裂数值模拟研究 [J], 陈礼婧;张敏3.水力压裂参数对顶板裂缝扩展影响的数值模拟研究 [J], 王学敏4.天然裂缝角度对水力压裂的影响数值分析 [J], 张健;王金意;荆铁亚;张国祥;马海春5.天然裂缝角度对水力压裂的影响数值分析 [J], 张健;王金意;荆铁亚;张国祥;马海春因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
水力压裂技术的研究与优化设计
水力压裂技术的研究与优化设计水力压裂技术是一种利用高压水流对地下岩层进行压裂以增强油气开采的技术。
近年来，随着页岩气、煤层气等非常规油气资源的不断开采，水力压裂技术成为不可或缺的一环。
然而，水力压裂技术并非完美无缺，存在许多问题，需要不断地探索研究和优化设计。
一、水力压裂技术的基本原理水力压裂技术是通过高压水流将地下岩层进行压裂，形成裂缝，增加油气在岩石中的流动性，并将油气压入井口，从而实现油气的开采。
水力压裂技术的关键是高压水泵和压裂液的配方，高压水泵将压裂液注入岩层中，通过岩层本身的弹性变形和裂缝的扩展，使得压裂液能够在岩层中迅速扩散，形成裂缝，从而增加油气的渗透。
二、水力压裂技术存在的问题1. 岩层破碎度不佳水力压裂技术虽然可以将地下岩层压裂形成裂缝，但是对破碎度的要求很高，破碎度不佳会导致压裂液不能充分扩散，从而效果不理想。
2. 压裂液的配方需要完善压裂液的成分复杂，需要根据不同的岩石类型、油气特征、地质条件等进行优化设计。
目前，压裂液的成分还存在很多问题，如杂质较多、影响地下水质的问题等。
3. 环境污染问题水力压裂技术的实施需要大量的水资源和压裂液，这些液体在压裂后常常无法回收，会对地下水和土壤造成污染，给生态环境带来威胁。
三、水力压裂技术的研究与进展为了克服水力压裂技术存在的问题，国内外科学家进行了大量的研究。
近年来，我国取得了一些重要进展，如：1. 新型的压裂液新型的压裂液能够更好地适应不同的岩石类型、油气特征和地质条件，能够更好地发挥水力压裂技术的作用，并减少环境污染。
2. 岩层力学参数的确定优化的水力压裂技术需要准确的岩层力学参数，这是一个复杂而难以确定的问题。
近年来，我国研究人员通过实验和数值模拟，确定了不同地貌条件下的岩层参数，为水力压裂技术的实施提供了重要依据。
3. 确定施工参数水力压裂技术的实施需要根据地质条件和油气特点确定不同的施工参数。
研究人员通过实地观测和模拟，确定了不同地区、不同类型页岩气和煤矿的施工参数，为水力压裂技术的推广和应用提供了重要依据。
坚硬顶板水力压裂切顶卸压技术研究及应用
坚硬顶板水力压裂切顶卸压技术研究及应用摘要：我国国土辽阔，有着丰富的能源储量，但能源分布呈现的整体趋势为多煤贫油少气，其中化石能源（煤炭资源）在我国能源主体中占据极其重要的地位。
我国煤炭资源虽然储量丰富，但整体赋存条件复杂，约有四成的煤层存在坚硬顶板问题。
坚硬顶板是指巷道顶板由坚硬岩性岩层组成，在矿井正常开采过程中，由于坚硬顶板的存在，使得巷道变形严重，同时对留煤柱开采的矿山，由于坚硬顶板的存在，造成留设煤柱宽度大幅度增加，严重浪费煤炭资源。
目前我国最常用的治理方法为切顶卸压，切顶的方法可分为爆破切顶、聚能切顶和水力压裂切顶三种。
此前众多的学者对爆破切顶及聚能切顶作过研究，对水力压裂切顶方案研究较少，因此本文对水力压裂进行研究。
关键词：坚硬顶板；水力压裂；卸压技术；应用；引言随着矿井的开采年限不断增加，覆存较为简单的煤层逐步减小，煤矿资源开采的重点逐步向着覆存条件较为复杂的煤层转化。
坚硬顶板是矿井开采目前面临的重要难题，我国约一半左右的煤层存在坚硬顶板问题，由于顶板岩性较为坚硬，使得采空区顶板极难垮落，并形成大面积的悬顶，大面积的悬顶一旦发生垮落极易造成层工作面冲击地压，同时为了保证巷道的稳定性，在留煤柱开采的巷道，大面积的悬顶使得煤柱留设宽度大幅增加，造成严重的资源浪费，在无煤柱开采的矿井，大面积的悬顶同样需要投入较大的资金来维护巷道的稳定性，所以对坚硬顶板的治理成为了一个热门的课题。
1水力压裂切顶机理水力压裂切顶卸压是指通过布置钻孔垂深为煤层到老顶岩层的距离、一定间距的钻孔切槽，在采空区侧上覆岩层预制切缝，钻孔注入高压水，采取“定点分层压裂”工艺，受高压水作用产生裂隙并控制裂纹在岩层中的扩展方向，在顶板形成一个“准破裂面”，同时破坏上覆岩层岩石的强度和完整性。
工作面回采时，采场发生周期来压，采空区顶板发生垮落，上覆岩层沿着预制的“准破裂面”断裂，即上覆岩层沿着切缝方向切断垮落岩层与回采巷道上方顶板的连接关系，减小回采巷道上覆岩层在采空区形成的悬顶距，从而减轻回采时超前支承压力对回采巷道的影响，降低回采巷道维护难度。
水力压裂造缝及增产机理
52
1.4 水力压裂增产机理
由流体流动的连续性 q1 = q2 = q
pe
−
ps
=
qBμ ln re / rs 2π kh
ps
− pwf
=
qBμ ln rs / rw 2π ksh
pe
−
pwf
=
qBμ ln re / rw 2π kh
伤害 距离
k=
ln re / rw
1 k
ln
re
/
rs
+
1 ks
ε
xx
=
Δl l
ε
yy
=
ΔD D
D
σ
xx
=
F A
E = σ xx , v = ε yy
ΔD/2
ε xx
ε xx
E
'
=
1
E −v
2
39
1.3 水力压裂造缝机理及裂缝形态
（σz
>σx
>
σ
垂直缝
y
Vertical Fracture）
σz
σz
(σz >σy >σx垂直缝）
σy
σy
σx σz
σx
最小主应力（Least Principal Stress）
32
1.2 水力压裂施工概述
压裂工程设计软件：
z油藏模拟与压裂设计分析系统 z水平缝脱砂压裂设计软件 zWINQSW全三维压裂设计软件 zFracproPT压裂设计软件 zStimPlan全三维压裂设计软件包 z裂缝性储层测试压裂诊断系统 z综合柱状地应力剖面分析系统 z井筒崩落及横波各向异性地应力方位分析系统
页岩储层水力压裂裂缝扩展模拟进展
页岩储层水力压裂裂缝扩展模拟进展一、本文概述随着全球能源需求的持续增长，页岩气作为一种重要的清洁能源，其开发与应用日益受到人们的关注。
页岩储层水力压裂裂缝扩展是页岩气开发过程中的关键技术，其模拟研究对于优化压裂工艺、提高页岩气采收率具有重要的指导意义。
本文旨在全面综述页岩储层水力压裂裂缝扩展模拟的最新研究进展，以期为相关领域的研究人员和技术人员提供有益的参考。
本文首先介绍了页岩储层水力压裂裂缝扩展模拟的研究背景和意义，阐述了水力压裂技术在页岩气开发中的重要作用。
接着，文章回顾了国内外在该领域的研究现状，包括裂缝扩展模型的建立、数值模拟方法的发展以及实际应用案例的分析等方面。
在此基础上，文章重点分析了当前研究中存在的问题和挑战，如裂缝扩展过程中的多场耦合作用、裂缝形态的复杂性以及模型参数的确定等。
为了推动页岩储层水力压裂裂缝扩展模拟研究的发展，本文提出了一些建议和展望。
应加强基础理论研究，深入探究裂缝扩展的物理机制和影响因素，为模型的建立提供更为坚实的理论基础。
应发展更为先进、高效的数值模拟方法，以更好地模拟裂缝扩展的复杂过程。
还应加强实验研究和现场应用，以验证和完善模拟模型，推动水力压裂技术的不断进步。
通过本文的综述和分析，相信能够为页岩储层水力压裂裂缝扩展模拟研究提供新的思路和方向，为页岩气的高效开发提供有力的技术支持。
二、页岩储层特性分析页岩储层作为一种典型的低孔低渗储层，其独特的物理和化学特性对水力压裂裂缝的扩展具有显著影响。
页岩储层通常具有较高的脆性，这是由于页岩中的矿物成分（如石英、长石等）和微观结构（如层理、微裂缝等）所决定的。
脆性高的页岩在受到水力压裂作用时，更容易形成复杂的裂缝网络，从而提高储层的改造效果。
页岩储层中的天然裂缝和层理结构对水力压裂裂缝的扩展具有重要影响。
这些天然裂缝和层理结构可以作为裂缝扩展的潜在通道，使得水力压裂裂缝能够沿着这些路径进行扩展，从而提高裂缝的复杂性和连通性。
数值模拟在水力压裂技术中的应用
数值模拟在水力压裂技术中的应用数值模拟在水力压裂技术中的应用水力压裂技术是一种采用高压水将井底岩石破裂，使石油和天然气开采能够有效进行的技术。
在油气勘探过程中，水力压裂技术一直是重要的开采手段之一。
同时，随着现代计算机技术的不断进步，数值模拟在各种领域的应用越来越普遍。
本文将讨论数值模拟在水力压裂技术中的应用，包括数值模拟的意义、模拟方法和优缺点等。
1. 数值模拟在水力压裂技术中的意义水力压裂技术的基本原理是利用高压水将钻孔中的岩石破碎，并将岩层产生裂缝，使石油和天然气能够从裂缝中流入井筒，进而被开采出来。
在水力压裂技术中，同时需要考虑多种因素，如地质条件、井筒参数、注水压力和水量等，因此需要对各种因素进行模拟。
数值模拟能够模拟各种因素的影响，为水力压裂技术的优化提供引导。
2. 数值模拟方法数值模拟在水力压裂技术中的应用主要有两种方法，一种是有限元法，另一种是粒子追踪法。
有限元法是一种将连续介质分成有限个单元，通过单元之间的相互连接来模拟连续介质的方法。
在水力压裂技术中，有限元法可以用于模拟岩石裂缝的产生和扩展情况，以及裂缝的排列方式和孔隙度等。
粒子追踪法是一种将被测对象的运动轨迹细化为无数始终在流场中运动的粒子的方法。
在水力压裂技术中，粒子追踪法可以模拟水流的流动方式、流速、流向以及压力等。
3. 数值模拟方法的优缺点采用有限元法的数值模拟方法优点是：模拟精度高，可以模拟不同类型的岩石裂缝的产生和扩展情况，以及裂缝的排列方式和孔隙度等，能够比较精细地模拟水力压裂过程，从而可方便进行水力压裂工艺的设计和优化。
采用粒子追踪法的数值模拟方法优点是：计算速度较快，因为模拟对象是粒子，容易洞察裂缝的分布、大小和密度等特征，且精度相对较高。
与有限元法相比，粒子追踪法更适用于模拟对水动力特性较为敏感和复杂的岩石裂缝。
但是，这些数值模拟方法也存在缺点。
使用有限元法模拟时，需要构建结构复杂、节点众多的模型，所需计算资源较大，运算时间长，成本较高。
页岩气储层水力压裂裂纹扩展规律研究
页岩气储层水力压裂裂纹扩展规律研究1. 前言页岩气作为一种非常重要的天然气资源，已经被广泛应用。
然而，在生产过程中，有一些特殊的挑战，其中最重要的是寻找适当的生产技术。
页岩气储层水力压裂是目前能够有效提高页岩气产量的一种技术。
本文旨在研究页岩气储层水力压裂后裂缝的扩展规律，以便更好地理解页岩气藏的开采机理，并为优化页岩气开采提供指导。
2. 页岩气储层水力压裂原理水力压裂是一种通过将高压水注入油气储层，以形成压力，利用岩石自身的脆性破裂形成裂缝，以释放页岩气的技术。
页岩气储层是一种岩石层，由于其压实度较高，裂缝不易形成，其自然气渗透率较低，导致天然气产量较低。
为了提高页岩气生产效率，需要通过水力压裂来扩大储层裂缝面积，增加气体开采量。
页岩气储层水力压裂的主要机理是压力差，即通过向井口注入高压水，使水在地下压缩，从而形成高压前缘。
压力前缘的到达速度越快，压缩效果越明显，在储层内形成最大的应力差。
当应力差超过岩石地下的抗拉强度时，岩石就会发生断裂，形成裂缝。
水力压裂主要受到多种因素的影响，其中包括注入流量、注入压力、裂缝网络、岩石物性和水路径等因素。
为了更好地控制水力压裂作用，需要对这些因素进行详细的研究和掌握。
3. 裂缝扩展规律研究裂缝的扩展规律是页岩气储层水力压裂的核心问题。
通过对裂缝扩展过程的研究，可以更好地了解页岩气储层的开采特性，为页岩气储层的优化开发提供技术支持。
3.1 裂缝扩展过程在页岩气储层水力压裂过程中，高压水通过注入口迅速进入岩石层内，形成一个高压区域。
在高压区域的受力作用下，岩石发生了断裂，从而形成了一系列裂缝。
这些裂缝的密度和深度是由岩石的物性、注入流量和注入压力等因素来决定的。
裂缝的扩展会受到多个因素的影响，其中最重要的因素是注入水的流量和压力。
注入水的流量越大，扩展的裂缝数量越多，裂缝的长度和深度也越大。
当注入水的压力越高，裂缝的深度和长度也会随之增加。
此外，地质条件和岩石物性也会影响裂缝的扩展过程。
水力压裂增产机理
水力压裂增产机理
水力压裂增产机理是指通过注入高压水来创造和扩大裂缝，从而增加油气储层的流动性和渗透性，进而提高油气产能。
水力压裂增产主要有以下几个机理：
1. 裂缝形成机理：在注入高压水的作用下，岩石受到应力作用而发生破裂，产生裂缝。
高压水会沿着裂缝扩展并迅速膨胀，推动裂缝进一步扩展和延伸，形成有利于油气流动的通道。
2. 高渗透性通道形成机理：水力压裂过程中，高压水会沿着裂缝进入岩层孔隙内，破坏岩层颗粒，排挤孔隙中的天然气或石油，同时降低颗粒之间的接触面积，增加岩层的渗透性。
这样，油气可以更容易地从储层中流出。
3. 水力压裂液引起的岩石吸附力降低机理：水力压裂液中添加的一些化学物质能够降低岩石表面的吸附力，使得岩石颗粒上的油气分子能够更容易地从岩石表面脱附，增加油气产能。
总之，水力压裂增产通过形成和扩大裂缝，增加储层的渗透性和流动性，以及降低岩石吸附力等机理，有效提高油气产能，实现更高的产油效益。
水力压裂卸压增透影响半径数值模拟研究
水力压裂理论模型及数值计算方法综述
Crouch[18-19] 最早提出了位移不连续法并用于处理
裂缝壁面间的不连续位移场问题。Dontsov 等 [20-21] 以 边界元方法为基础建立了改进的拟三维模型。Chen 等 [22] 针对边界元法求解拟三维水力压裂模型效率不 高的问题，提出了一种基于 Runge-Kutta-Legendre 方 法的显式时间步长算法。Adachi[23] 利用其提出的拟三 维模型，研究在两个对称应力边界上的水力裂缝的扩 展高度。
水力压裂数值模型的研究工作已经取得了长足的 进步，从二维模型发展到现今的全三维模型甚至真三 维模型，从过去边界元占主导地位的情形发展到现今 边界元方法和有限元方法共同主导的情形。边界元 法 [2] 只在定义域的边界划分单元，因而计算模型单元 个数少，数据准备简单，在处理中小规模问题时求解 效率高。离散元法 [3] 将研究对象离散为刚性块体（或 颗粒）的集合，块体间不必满足连续性条件，在处理 多裂缝、天然裂缝等不连续结构方面具有优势。随着 计算机和计算数学的快速发展，传统有限元法 [4] 及其 衍生的扩展有限元法 [5] 在模拟非均质岩石中裂缝的扩 展方面具有极大优势，目前已成为水力压裂数值计算 方法的强大工具。
在处理不连续界面问题时，边界元法的精度较高， 且能够将问题进行降维处理，在水力压裂研究中得到 了广泛应用。边界元法的不足之处在于它需要利用问 题的已知解析解求解，仅适于线性、均质问题求解， 并且它产生的系统方程的系数矩阵为满阵，限制了处 理问题的规模。 2.4 离散元法（DEM）
离 散 元 法 的 概 念 最 早 由 Cundall[24] 于 20 世 纪 70 年代提出，是基于非连续介质力学的数值计算方法。 其主要思想是把研究对象离散为刚性块体 ( 或颗粒 ) 的集合，使每个块体满足牛顿第二定律，各刚性块体 之间通过接触连接以描述运动及相互作用，并且在各 不连续单元之间形成的通道内允许流体流动。由于离 散元法形成的块体间不必满足连续性条件，因此在处 理多裂缝、天然裂缝等不连续结构方面具有优势。
页岩储层水力压裂裂缝展布数值模拟研究
关键 词 ： 非 常规储 层 ； 水平井； 压裂； 裂缝 网络 ； 页岩 气 页岩 气是 一 种重 要 的非 常 规天 然 气 资源 ， 根 据 美 同能 源 情 报署 网络 扩展 预测 模 型 ， 具体包括 ： 流体 流动 厅 程 ， 裂缝宽度方程 、 系 统 估计 ， 中国 的 页岩 气储 量 超 过 其它 任 何 一 个 国家 ， 可采 储 量 有 １ ２ ７ ５ 流 体质 量 守恒 方 程 、 裂缝 扩展 判别 准 则 及辅 助边 界 条件 等 。 万 亿立 方 英 尺 。按 当前 的 消耗 水 平 ， 这 些储 量 足 够 中 国使用 ３ ０ ０多 ① 流 体 流动 方程 ： 年 。 页岩 储层 具有 低 孑 Ｌ 特征 和极 低 的基 质 渗透 率 ， 冈此 多数 页 岩 气 ｐ ｕ ２ 一 塑 井 都需 要 进 行压 裂改 造 ， 目前美 国 已发展 了水 平井 与水 力 压 裂 相结 ｆ １ １ 合 的 页岩 气 开采 主流 技 术 １ 。 页岩 气储 层 的 压裂 改 造不 同 于常 规气 式 中， ｆ 为流 动 摩擦 系 数 ，分为 层 流 和 湍 流 流动 摩 擦 系数 ； ｐ为 藏， 由 于页 岩 储 层 基质 向裂 缝 的 供 气能 力 较 差 ， 仅 靠 单 一 的 压 裂 主 流体 密度 ； １ ２ ， 为流 体流 动 速度 ； Ｗ为裂缝 宽度 ； Ｐ 为 裂缝 内流体 力 。 缝 很 难取 得 预期 的增产 效 果 ， 必须 进 行 “ 体 积压 裂 ” 以形 成天 然 裂缝 ②裂 缝 宽度 扩展 方 程 ： 与人 工 裂 缝 相互 交 错 的裂 缝 网 络 ， 从 而增 加 改 造 体 积 ， 提 高 初 始 产 ㈠ ｆ ２ １ 量 和 最终 采 收率 。因此 ， 精 确模 拟 裂 缝 网络 分 布是 页岩 气开 发 过 程 中压 裂 方案 优化 和 产 能预 测 的基 础 】 。 ③裂缝裂缝 内流体质量守恒疗程 ： 对 于水 力压 裂 裂缝 预 测 的研 究 已经 有 半个 世 界 的历 史 ， 早 期 学 （ Ｈ ｗ ｕ ） ＋ 。 者 Ｉ 基 于 均质 和 各 相 同性 介 质 假 设 建立 了传 统 水 力压 裂 的双 翼 扩 ＿ ＿ ㈣ 展模 型 ， 裂缝 垂 直 于最 小 主应 力 方 向扩 展 。双 翼模 型为 常 规 油藏 水 式 中 ｑ 为流 体 漏失 数 ， 其 实 验 表达 式为 ： 力压 裂 裂缝 的扩展 提 供 了一 个简 单 有效 的预 测方 法 ， 在 石 油 与大 然 ｆ Ｈ ｗ ｕ ） Ｈ ｗ 卜 ＋ｑ ｆ ４１ 气 的开 采 中得 到 了广 泛 的应 用 。 由于天 然 裂缝 的存 在 以及岩 石 的 非均 质 性 和各 向异性 ， 水力 压 ④ 系统 流体 质 量守 恒 方程 为 ： 裂应 用 于致 密 油气 藏 、页 岩 气 藏 时会 出现 非 常 复杂 的裂缝 网络 ， 微 ｆ ｏ Ｑ （ ｆ ） ： Ｈ ＋ ｑ Ｌ ｄ ｔ ｄ ｓ ｄ ｈ 地震 数 据 对其 进 行 了证 实 。 有些 学者 建 立 了复 杂 的裂缝 网络模 型 用来 模 拟水 力 裂缝 的扩展 及 其 与天 然 裂缝 的相 互作 用 ¨ ｏ Ｉ “ ］ 。部分 学 式中 ， Ｑ （ ｔ ） 为流体 泵 人量 ； Ｉ 为裂缝 长 度 。 者 基 于非 连 续 位 移 法 建立 了层 面 和 摩擦 界 面 对 水 力 裂缝 增 长影 响 ⑤裂缝扩展判别准则 ： 的模 型 ， 借 助 离散 元 法研 究 了天 然 裂缝 对 水力 裂缝 扩展 的影 响ｌ Ｉ ２ ＿ ］ 。 ０ ． ３ ５－ － 当前 的研 究 多 以裂缝 内层流 流 体流 动 为基 础 ， 且 对 于 天然 裂 缝影 响 （ ６ ） Ｏ － １ １ ． ０ ６ 考 虑过 于 单 一 。 本 文本 文综 合 考虑 水力 压 裂 内流 体 湍流 流动 及 水力 压 裂裂 缝 与 天然 裂缝 相互 作 用 的影 响 ， 提 出了 了致 密储 层 水 力压 裂 式中， Ｔ ０ 为 天 然 裂缝 剪 切 强 度 ， Ｍ Ｐ ａ ； 【 １ 盯为施 Ｔ 压 力 ， ＭＰ ａ ； Ｋ 为 裂 缝 网络 预测 模 型 ， 可 以很 好 的 预测 致 密 储 层 裂缝 展 布 ， 对 于致 密 内摩擦 系 数 。 储 层 水力 压 裂优 化及 产 能 预测 有重 要 的理 论 意 义。 ２模 型求 解 与验 证 １模 型建 立 应用 混 合 有 限元 法 和 移 动 网格 算 法 （ Ａ Ｌ Ｅ） 对以 提 … 的复 杂 模型 综 合考 虑 了储 层 变形 和 破 裂 、裂 缝 内流 体 流动 的影 响 ， 应 非线 性方 程组 进 行离 散 求解 ， 混 合 有 限 元法 可 以很 好 的处 复 杂 的 用双 翼模 型 裂缝 缝 宽 预测模 型 及 拟 三维 思 想 ， 建立 了致 密储 层 裂 缝 边 界 条件 ； Ａ Ｌ Ｅ算 法可 以刖 于 裂缝 网格 的动 态扩 展
裂缝性页岩储层多级水力裂缝扩展规律研究
裂缝性页岩储层多级水力裂缝扩展规律研究裂缝性页岩储层多级水力裂缝扩展规律研究随着能源对于人类社会的重要性日益凸显，深层地质资源成为人们关注的重点。
裂缝性页岩储层多级水力裂缝扩展规律研究，是目前研究的热点之一。
本文将探讨裂缝性页岩储层多级水力裂缝扩展的原理、规律和难点。
一、水力裂缝扩展原理水力裂缝是一种通过水压力将裂缝扩展，从而增加裂缝面积的技术。
水力裂缝通过管道将高压液压油压入劣质岩石中，使岩石发生裂缝。
水力裂缝扩展的原理，主要由弹性—塑性破裂、裂缝扩展与弥散三部分组成。
二、多级水力裂缝扩展规律多级水力裂缝扩展主要由以下几个方面影响：1.孔隙压力与裂缝起始压力：孔隙压力是一种作用在裂缝表面的压力，它在水力裂缝扩展过程中扮演着重要的角色。
孔隙压力高，裂缝扩展的难度也随之增加。
2.水力压裂液压强度：水力裂缝施工过程中，如何合理地选择水力压裂液的压力，是影响多级水力裂缝扩展的关键因素。
3.孔隙度与裂缝密度：孔隙度和裂缝密度的大小是多级水力裂缝扩展的直接决定因素。
岩石中孔隙度和裂缝密度越大，水力裂缝扩展的难度就越大。
三、难点与对策1.多级水力裂缝扩展路径不清晰：在岩石中，一个受许多力矩和剪应力控制的裂缝会随时间变化演化出一个复杂的裂缝模式。
在这个模式中，多个裂缝牵扯到水力压裂液扩展路径，裂缝路径交错复杂，使得水力裂缝扩展难以预测。
2.液-固互作用机理不明朗：裂缝网络与水力压裂液之间的互作用具有许多影响因素，这一部分的物理机理研究十分困难。
因此，对于多级水力裂缝扩展反应的研究，可以通过水力裂缝压裂试验和数值模拟来实验模拟和推算。
这些难点的存在，需要我们在多级水力裂缝扩展的研究中进行反复试验，在多个方向上寻找结果，逐步积累经验和数据，以此来逐步解决相关的技术需求问题。
结论多级水力裂缝扩展的原理和其规律对于深层地质资源的开采和利用至关重要。
在研究中，我们需要根据实验数据对相关技术方案进行分析和总结，综合相关因素进行综合考虑，以此来完善多级水力裂缝扩展的工作方法和技术手段，以此开创深层地质资源开采的新时代。
煤岩体水力致裂弱化的理论与应用研究
煤岩体水力致裂弱化的理论与应用研究一、本文概述本文旨在全面探讨和研究煤岩体水力致裂弱化的理论与应用。
水力致裂是一种利用高压水流在煤岩体中形成裂缝，进而改善煤岩体渗透性、提高开采效率的技术手段。
随着煤炭资源开采的不断深入，煤岩体弱化问题日益突出，水力致裂技术作为一种有效的煤岩体弱化方法，受到了广泛关注。
本文将从理论和应用两个层面对煤岩体水力致裂弱化进行深入分析，以期为我国煤炭资源的开采和利用提供理论支撑和实践指导。
在理论层面，本文将对煤岩体水力致裂弱化的基本原理进行阐述，包括水力致裂的物理化学过程、裂缝扩展机制以及影响因素等。
同时，通过数学建模和数值模拟，对水力致裂过程中的应力分布、流体流动和裂缝扩展等关键问题进行深入研究，揭示水力致裂弱化煤岩体的内在规律。
在应用层面，本文将对煤岩体水力致裂弱化的实际应用情况进行分析，包括水力致裂技术在煤炭开采、油气资源开发和地热能源利用等领域的应用案例。
通过对实际工程案例的剖析，总结水力致裂技术在不同煤岩体条件下的应用效果和经验教训，为相关工程实践提供借鉴和参考。
本文旨在对煤岩体水力致裂弱化的理论与应用进行全面系统的研究，以期推动水力致裂技术在煤炭资源开采和利用领域的发展和应用，为我国的能源安全和经济发展做出贡献。
二、煤岩体水力致裂弱化理论基础煤岩体水力致裂弱化技术是一种利用高压水射流或水压作用，在煤岩体中产生裂缝，从而改变其力学性质、提高瓦斯抽采效率或进行煤岩体的切割和破碎的技术。
这一技术的理论基础主要涉及到流体力学、岩石力学、断裂力学等多个学科的知识。
从流体力学的角度来看，高压水射流或水压作用会在煤岩体中形成应力场和压力场，当这些场的强度超过煤岩体的抗拉、抗压或抗剪强度时，就会在煤岩体中产生裂缝。
裂缝的产生和扩展过程受到多种因素的影响，如煤岩体的物理性质（如弹性模量、泊松比、抗拉强度等）、水力参数（如射流压力、流量、喷嘴形状等）以及环境因素（如温度、压力、地应力场等）。
abaqus在水力压裂模拟中的应用书
abaqus在水力压裂模拟中的应用书标题：Abaqus在水力压裂模拟中的应用
列表划分：
一、引言
1. 水力压裂技术的背景和概述
2. 数值模拟在水力压裂模拟中的重要性
3. Abaqus软件的介绍和优势
二、水力压裂模拟的基本原理
1. 水力压裂过程的基本步骤
2. 岩石力学与水力压裂的关系
3. 数值模拟在水力压裂模拟中的作用和挑战
三、Abaqus软件介绍与基本操作
1. Abaqus的基本功能和特点
2. 创建模拟模型的步骤和操作技巧
3. 边界条件和材料参数的设置
4. 网格划分和模拟参数的优化
四、Abaqus在水力压裂模拟中的应用案例
1. 参数对水力压裂效果的影响分析
2. 应力响应和裂缝扩展的模拟与分析
3. 压裂液与岩石互动过程的数值模拟
4. 确定最佳压裂参数的优化设计
五、Abaqus在水力压裂模拟中的限制与改进
1. Abaqus模拟结果与实际工程效果的对比
2. 模型参数的敏感性分析和验证
3. Abaqus在水力压裂模拟中的局限性与不足
4. 提升Abaqus模拟精度和效率的改进措施
六、未来发展方向与展望
1. 数值模拟技术在水力压裂模拟中的前景
2. Abaqus在水力压裂模拟中的应用前景
3. 未来可能的研究方向和挑战
七、结论
以上是关于Abaqus在水力压裂模拟中的应用的简要框架，详细内容可以根据需要展开撰写。
希望对您的写作工作有所帮助！。
页岩气储层脉冲水力压裂机理
汇报人：2023-11-28•页岩气储层概述•脉冲水力压裂技术原理•页岩气储层脉冲水力压裂实验研究•页岩气储层脉冲水力压裂数值模拟研究目•页岩气储层脉冲水力压裂优化设计•研究展望与未来发展趋势录01页岩气储层概述页岩气储层具有很低的孔隙度和渗透率，导致气体流动性差。
低孔低渗页岩气储层内部存在不均匀性，包括层内、层间和纵向上的非均质性。
非均质性强页岩气储层中的有机质和粘土矿物具有很强的吸附能力，能够大量吸附气体。
吸附能力强页岩气储层的特点1 2 3页岩气储层主要在湖泊、河流等沉积环境中形成，这些环境提供了丰富的有机质来源。
沉积环境埋藏深度对页岩气储层的成熟度和压力有重要影响，通常需要达到一定的深度才能形成可供开采的页岩气。
埋藏深度页岩气储层在高温高压条件下形成，这些条件有利于有机质的转化和储层物性的改善。
高温高压页岩气储层的形成与演化01页岩气是一种清洁、高效的能源，对满足全球能源需求具有重要意义。
能源需求02页岩气储层具有巨大的资源潜力，开发利用有助于推动经济发展。
资源开发03对页岩气储层的研究有助于推动地质理论、油气勘探和开发技术的发展。
科技进步页岩气储层的研究意义02脉冲水力压裂技术原理脉冲水力压裂技术概述脉冲水力压裂技术是一种新型的水力压裂技术，通过产生高压脉冲，利用压力波对岩石的冲击作用，使岩石产生微裂缝，从而达到提高油气储层渗透性的目的。
脉冲水力压裂技术的特点与传统的水力压裂技术相比，脉冲水力压裂技术具有更高的渗透性提高效果，同时对储层的伤害更小，具有更好的储层保护效果。
岩石的力学性质页岩等岩石具有较高的抗压强度和抗拉强度，但在受到周期性冲击载荷时，其力学性质会发生变化，产生疲劳损伤。
脉冲水力压裂的力学机制通过产生高压脉冲，对岩石产生周期性的冲击载荷，使岩石产生疲劳损伤，从而在岩石内部形成微裂缝。
脉冲水力压裂的力学过程在脉冲水力压裂过程中，需要使用高压流体来产生高压脉冲，因此需要对流体的动力学性质进行了解。
实验确定页岩储层水力压裂自支撑裂缝导流能力的方法
实验确定页岩储层水力压裂自支撑裂缝导流
能力的方法
页岩储层水力压裂自支撑裂缝导流能力的实验方法通常包括以下步骤：
1.制备样本：从实际的页岩储层中采集岩石样品，并进行化学分析和物理性质测试。
样品应具有代表性，包括岩性、孔隙度、渗透率等特征。
2.压力实验：使用水力压裂装置对样本进行水力压裂实验，以模拟实际的压裂过程。
在实验过程中，应记录不同压力下的裂缝形态、数量、长度、宽度、方向等参数。
3.流量测定：通过流量计等设备，测定压裂后自支撑裂缝的导流能力。
实验中应记录不同压力下的流量、速度、压降等参数。
4.数据分析：根据实验结果，通过数据分析和统计方法，评估页岩储层水力压裂自支撑裂缝导流能力。
这包括裂缝面积、渗透率、导流效率等指标。
同时也可以通过数值模拟等方法对实验结果进行验证和分析。
综上所述，页岩储层水力压裂自支撑裂缝导流能力的实验方法，需要设计合理的实验流程、选取合适的样品和测量设备，并进行数据分析和模拟验证。
通过这些方法，可以更加准确地评估页岩储层水力压裂后的导流能力，为实际的生产开发提供参考依据。
水力压裂裂缝三维扩展 ABAQUS 数值模拟研究
水力压裂裂缝三维扩展 ABAQUS 数值模拟研究张汝生;王强;张祖国;孙志宇;林鑫【摘要】油井岩石的水压致裂过程是多孔介质下的流固耦合过程。
建立了水力压裂流体渗流连续性方程与岩石变形应力平衡方程，引入了二次正应力裂纹起裂及临界能量释放率裂缝延伸准则，考虑流体在裂缝面横向、纵向流动，采用有限元计算软件ABAQUS 中的 Soil 模块模拟岩石水力压裂的三维复合裂缝起裂与扩展。
通过其黏结单元设定裂缝延伸方向，编写用户子程序并嵌入 ABAQUS 主程序中，以确定初始地应力场、渗流场、随深度变化的孔隙度及随时间变化的滤失系数。
从数值模拟结果可以得到水力压裂泵注不同时刻裂缝几何形态、缝内压力分布、岩石变形及其应力分布、孔隙压力分布、压裂液滤失量以及压裂液流体特性、排量、上下隔层应力差、滤失系数等参数对裂缝几何尺寸的影响。
【期刊名称】《石油钻采工艺》【年(卷),期】2012(000)006【总页数】4页(P69-72)【关键词】水力压裂;裂缝扩展;流固耦合;ABAQUS有限元;数值模拟【作者】张汝生;王强;张祖国;孙志宇;林鑫【作者单位】中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院,北京 100083;中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院,北京 100083;中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院,北京 100083;中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院,北京 100083;中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院,北京100083【正文语种】中文【中图分类】TE319裂缝扩展几何形态是水力压裂设计中需要考虑的一个重要因素，对裂缝延伸范围的正确预测可以合理选择压裂施工参数，并对产能进行准确评估。
随着压裂优化设计技术的发展，压裂裂缝延伸数值模拟模型也从二维发展到拟三维，直到目前的全三维模型［1-5］。
对这些模型的数学求解大多采取有限差分格式，且计算过程中假设岩石为线弹性材料而不是弹塑性孔隙材料，这样必然与实际情况有较大偏差。
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中国科学技术大学
硕士学位论文
均匀岩层水力压裂的数值模拟及机理研究
姓名：薛炳
申请学位级别：硕士
专业：固体力学
指导教师：吴恒安;王秀喜
20070501
中国科学技术大学硕士学位论文
第三章水力压裂的三维数值模拟
３．１垂直裂纹扩张的瞬态模拟
３．１．１问题描述
本数值模拟是采用Ｃｏｈｅｓｉｖｅ单元预设裂纹扩张的路径再加上ＡＢＡＱＵＳ的应力渗流耦合模型来模拟水力压力导致的垂直裂纹在三维空间中在长宽高三个方向的扩张。
在图ｌ的几何模型中：轴２为高度方向即重力方向，是垂直裂纹的高度扩张方向；轴ｌ、３为水平方向，分别是裂纹扩张的长度和宽度扩张方向。
由于裂缝扩张在水平和高度扩张方向（轴ｌ，轴２）多层，所以本模型取垂直裂纹几何模型的四分之一。
模型的基本尺寸为ｌ方向长１００ｍ，３方向宽８０ｍ，２方向高４０ｍ。
考虑到油层的高度一般在１５ｍ左右，模型在高度方向上分为两层，在图ｌ中模型上层用橙色表示的单元就是岩层单元，下层用绿色表示的就是油层单元。
其中Ｃｏｈｅｓｉｖｅ单元预设的裂纹扩张平面为几何模型中两条红线所在的垂直于轴３的平面，初始裂纹位于平面内，用蓝色的线在图上标出。
图３．１几何模型以及有限元网格划分
中国科学技术大学顶士学位论文
图３．３最终时刻模型中孔隙压力的分布
图３．４最终时刻裂纹张开方向的位移分布
中国科学技术大学碗士学位论文
圈３．５最终时刻裂纹方向正应力的分布
图３．５给出了压裂完成时整个岩石模型中垂直裂纹扩展的正应力的分布，其中可以看到：
１。
裂纹尖端有法向应力集中的现象，在裂纹的长度方向的尖端上，应力的极大值为６ＭＰａ为此处Ｃｏｈｅｓｉｖｅ单元的临界破坏应力准则的阈值。
在裂纹的高度方向的尖端上法向应力的极大值为ｌＯ肝ａ为此处Ｃｏｈｅｓｉｖｅ单元的临界破坏应力准则的闺值。
２．初始裂纹处的法向应力接近于０，这主要是由于初始裂纹远离裂纹尖端没有应力集中现象，岩石的有效应力主要由孔隙压力梯度决定，另～方面随着裂纹尖端裂纹扩张过程的不断前移，初始裂纹处的孔隙压力梯度不断变小，所以此处垂直法向应力随着裂纹扩张由起裂时的６押ａ不断衰减。
３．扩张裂纹上下方的应力为负，即都为压应力，这主要是裂纹开裂导致上下方岩石受压。
４．岩石层和油层的分界处存在压应力，主要是岩石层不是流固耦合单元，不存在孔隙压力，所以油层中的孔隙压力对岩石层有挤压。
中国科学技术大学硕士学位论文
图３．６最终时刻垂直裂纹方向的正应变分布
图３．６给出了最终时刻整个岩石模型中垂直于裂纹张开方向的正应变的分布，在图中可以看到：
（１）垂直方向正应变在裂纹尖端梯度比较大，这主要是垂直方向正应力在裂纹尖端应力集中导致的。
（２）裂纹上下方的应变为负，这主要是此处岩石受裂纹扩张引起的挤压作用的原因，而且可以看到应变从初始裂纹到裂纹尖端不断增加到开裂的阈值。
此外其分布和位移，孔隙压力的变化规律基本一致。
（３）在裂纹面未扩张区域的上下岩石的应变梯度几乎为０。
这主要是该区域既没有受到应力集中的影响也没有受到裂纹挤压的影响，所以产生均匀应变。
图３．７最终时刻模型中岩石的孔隙比分布
图３．７给出了压裂最后时刻模型中岩石的孔隙比分布，在圜中可以看到：
（１）岩层中的孔隙比除应力集中区域外变化很小，这主要是由于压力难以进入岩层，岩层大部分区域的孔隙压力基本和初始孔隙压力接近，应力梯度基本为零，导致孔隙比变化很小。
但孔隙比在应力集中区域由于受应力集中的影响还是有相对比较大的梯度。
（２）油层中的孔隙比在应力集中区域由于受应力集中的影响，应力梯度比较大，所以孔隙比的梯度很大。
在已经扩张裂纹的上下方岩石由于受裂纹挤压，所以孔隙比变小。
在裂纹未扩张的上下岩石区域的孔隙比由于不受裂纹挤压和应力集中的影响基本不变．
图３．８Ｃｏｈｅｓｉｖｅ单元损伤因子分布
图３．８给出了ｃｏｈｅｓｉｖｅ单元的损伤因子分布，也就是裂缝的几何形状和扩展情况，图中可以看到：
已破坏的Ｃｏｈｅｓｉｖｅ单元的几何形状就是所要模拟的裂纹的几何形状，裂纹呈现为椭球形。
在裂纹边界上的Ｃｏｈｅｓｉｖｅ单元还未完全破坏呈现为不同的颜色。
３．２三维水力压裂中水平裂纹的瞬态数值模拟
震２．１问题描述
本数值模拟是采用Ｃｏｈｅｓｉｖｅ单元预设裂纹扩张的路径再加上ＡＢＡＱＵＳ的应力渗流耦合模型来模拟水力压力导致的水平裂纹在三维空间中在长宽高三个方向的扩张。
在图ｌ的几何模型中：轴３为重力方向，是水平裂纹的宽度张开方向；轴１、２为水平方向，分别是裂纹扩张的长度和高度扩张方向。
由于裂缝扩张在水平和高度扩张方向（轴ｌ，轴２）多层，所以本模型取水平裂纹几何模型的四分之一。
模型的基本尺寸为ｌ方向长ｌＯＯｍ，２方向宽ｌＯＯｍ，３方向高４０ｍ。
其中Ｃｏｈｅｓｉｖｅ单元预设的裂纹扩张平面为几何模型中两条红线所在的垂直于轴３的平面，初始裂纹位于该平面内，用蓝色的线在图上标出。
图３．１５几何模型以及有限元网格划分
中国科学技术大学硕士学位论文
图３．１６最终时刻模型的孔隙压力分布图
图３．１７最终时刻模型中垂直于裂缝扩张平面方向的位移分布
中国科学技术大学硕士学位论文
图３．１８垂直裂纹面方向的正应力分布
图３．１８给出了垂直裂纹面方向的正应力分布，从图中可以看到：
（１）裂纹尖端有法向应力集中的现象，在裂纹的长度方向和高度方向的尖端上，应力的极大值为６ＭＰａ，为此处Ｃｏｈｅｓｉｖｅ单元的临界破坏应力准则的阈值。
（２）初始裂纹处的法向应力接近于０，这主要是由于初始裂纹远离裂纹尖端没有应力集中现象，岩石的有效应力主要由孔隙压力梯度决定，另一方面随着裂纹尖端随裂纹扩张过程的不断前移，初始裂纹处的孔隙压力梯度不断交小，所以此处垂直法向应力随着裂纹扩张由起裂时的６ＭＰａ不断衰减
（３）扩张裂纹上下方的应力为负，即都为压应力，这主要是裂纹开裂导致上下方岩石受压。
中国科学技术大学颈士学位论支
图３．１９垂直裂纹扩展平面方向对数正应变的分布
图３．１９给出了垂直裂纹扩展平面方向对数正应变的分布图，从囝牛可以看到：
（１）垂直方向正应变在裂纹尖端梯度比较大，这主要是垂直方向正应力在裂纹尖端应力集中导致的。
（２）裂纹上下方的应变为负，这主要是此处岩石受裂纹挤压的缘故，而且可以看到应变从初始裂纹到裂纹尖端不断增加到正值，和位移、孔隙压力的变化规律基本一致。
（３）在裂纹面未扩张区域的上下岩石的应变梯度几乎为０．这主要是该区域既没有受到应力集中的影响也没有受到裂纹挤压的影响，所以产生均匀应变。
．３７．
中国科学技术大学硕士学位论文
圈３．２０最终时刻模型中的孔隙比分布图
图§．２０中给出了最终时刻模型中的孔隙比分布图，从圈中可以看到：
油层中的孔隙比在应力集中区域由于受应力集中的影响，应力梯度比较大，所以孔隙比的梯度很大。
在已经扩张裂纹的上下方岩石由于受裂纹挤压，所以孔隙比变小。
在裂纹未扩张的上下岩石区域的孔隙比由于不受裂纹挤压和应力集中的影响基本不变。
中国科学技术大学硕士学位论文
图３．２１Ｃｏｈｅｓｉｖｅ单元破坏程度的分布图
图３．２１中给出了Ｃｏｈｅｓｉｖｅ单元破坏程度的分布，从图中可以看到：
已破坏的Ｃｏｈｅｓｉｖｅ单元的几何形状就是所要模拟的裂纹的形状，裂纹呈现为椭球形。
在裂纹边界上的Ｃｏｈｅｓｉｖｅ单元还未完全破坏呈现为不同的颜色。
中国科学技术大学砸士学位论文
第四章主裂纹和天然裂纹相互作用的数值模拟
４．１问题描述
在岩石内部存在着很多天然的微裂纹，当主裂纹扩张到该处时将会发生相互作用。
本数值模拟就是用ｃｏｈｅｓｉｖｅ单元预设主裂纹和天然裂纹的扩张路径，来模拟二维模型中主裂纹和天然裂纹相互作用的过程。
图４．１中，二维模型为垂直裂纹在水平面内的投影，ｘ方向和ｙ方向的尺寸分别是１００ｍ和８０ｍ。
其中ｘ方向为裂纹的长度扩张方向，Ｙ方向为裂纹的宽度方向。
用红颜色表示的直线为用Ｃｏｈｅｓｉｖｅ单元预设的可能的裂纹扩张路径，模型上下对称。
模型上下部的裂纹路径分布角度从左到右分别为９０度，７０度，５０度，３０度。
图４．１中，初始裂纹位于模型中间水平红色直线左端的红色节点对，初始裂纹长度为４．５ｍ。
图４．１多裂缝预设模型。