裂缝性储层压裂数值模拟技术研究进展

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Journal of Oil and Gas Technology 石油天然气学报, 2018, 40(3), 173-178

Published Online June 2018 in Hans. /journal/jogt

https:///10.12677/jogt.2018.403081

The Research Progress of Fracturing

Numerical Simulation Technology for

Fractured Reservoir

Xiangtong Yang1, Yang Zhang1, Wentong Fan1, Dan Ba1, Liwen Piao2,3, Yiliu Sun2,3

1Research Institute of Petroleum Engineering, Tarim Oilfield Company, PetroChina, Korla Xinjiang

2State Key Laboratory of Petroleum Resource and Prospecting, China University of Petroleum-Beijing, Beijing 3College of Petroleum Engineering, China University of Petroleum-Beijing, Beijing

Received: Jan. 15th, 2018; accepted: Feb. 25th, 2018; published: Jun. 15th, 2018

Abstract

A large number of natural fractures were often developed in unconventional reservoirs; it had a

significant effect on the fracture propagation morphology in hydraulic fracturing. Fractures were rich in unconventional reservoirs and these fractures will affect hydraulic fracturing significantly.

Therefore, numerical simulation was an effective method to study fracture propagation in frac-tured reservoirs. Till now, the numerical simulation methods mainly included extended finite element method, distinct element method and boundary element method. In this paper, the basic theory, the advantages and disadvantages, and the applications of these three methods are all stu-died. By comparing these three methods, it is found that proper numerical methods are adopted in consideration of different research requirements. Furthermore, the fracture propagation law in hydraulic fracturing process can be grasped and the actual hydraulic fracturing operation design can be guided.

Keywords

Fractured Reservoir, Hydraulic Fracturing, Extended Finite Element, Distinct Element Method,

Boundary Element Method

杨向同 等

裂缝性储层压裂数值模拟技术研究进展

杨向同1,张 杨1,范文同1,巴 旦1,朴立文2,3,孙一流2,3

1

中国石油塔里木油田分公司油气工程研究院,新疆 库尔勒

2油气资源与探测国家重点实验室(中国石油大学(北京)),北京

3中国石油大学(北京)石油工程学院,北京

作者简介:杨向同(1972-),男,高级工程师,主要从事高温高压井完井改造方面的工作。

收稿日期:2018年1月15日;录用日期:2018年2月25日;发布日期:2018年6月15日

非常规储层中常常发育大量天然裂缝,对水力压裂裂缝扩展形态影响显著。为了研究裂缝性储层中水力裂缝的扩展规律,往往要借助数值模拟。现有的水力压裂数值模拟方法主要有扩展有限元、离散元和边界元。分别介绍了上述3种方法的基础理论、优缺点以及应用情况。通过比较各种压裂数值模拟计算方法,在研究不同问题时要根据问题本身以及研究需求选用合适的数值方法,进而掌握水力压裂过程中的裂缝扩展规律,指导实际的水力压裂施工设计。

关键词

裂缝性储层,水力压裂,扩展有限元,离散元,边界元

Copyright © 2018 by authors, Yangtze University and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). /licenses/by/4.0/

1. 引言

以页岩气、页岩油、致密气为主的非常规油气资源在新开发储层中占据了越来越大的比重,随着大规模储层改造技术日益成熟,水平井分段压裂技术在现场广泛应用,并取得了巨大的经济效益。与常规均质砂岩储层不同,这类储层中往往发育有大量的天然裂缝[1] [2],致使水力压裂后常形成高度分散的不规则裂缝网络[3] [4]。复杂的裂缝几何形态对压裂施工设计、压后产能分析提出了严峻的挑战。因此,研究水力裂缝如何在天然裂缝储层中扩展成为控制压裂增产规模和效果的重中之重。

2. 裂缝性储层裂缝扩展研究

地震技术、岩心切片分析技术及井下成像技术均已证明,非常规储层中发育有丰富的天然裂缝,与低胶结强度的沉积岩层理面共同形成了储层中的弱交界面。大量的室内岩石力学试验表明,储层非均质性及各向异性对水力裂缝的扩展及裂缝形态具有很大影响。

裂缝性储层各向异性的特点使得人工裂缝尖端应力场与常规储层扩展相比更为复杂。室内试验已证明,地应力分布、交界面强度、弱面方位角均是影响人工裂缝穿透天然裂缝行为的重要因素。为了判别

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