页岩储层体积压裂裂缝扩展机制研究

页岩储层天然裂缝、水平层理发育,水力压裂过程中可能形成复杂的体积裂缝.针对页岩储层体积裂缝扩展问题,基于流-固耦合基本方程和损伤力学原理,建立了页岩储层水力压裂体积裂缝扩展的三维有限元模型.将数值模型的模拟结果与页岩储层裂缝扩展室内试验结果进行对比,二者吻合较好,从而证明了数值模型的可靠性.通过一系列数值模拟发现:(1)水力压裂过程中水平层理可能张开,形成水平缝,水平与垂直缝相互交错,形成复杂的体积裂缝网络;(2)水平主应力差增大,体积裂缝的分布长度(水平最大主应力方向压裂裂缝的展布距离)增加、分布宽度(水平最小主应力方向压裂裂缝的展布距离)减小,体积裂缝的长宽比增加;(3)压裂施工排量增大,体积裂缝的分布长度减小、宽度增加,压裂裂缝的长宽比降低;(4)天然裂缝的残余抗张强度增大,体积裂缝分布宽度减小、分布长度增加,体积裂缝的长宽比增加.研究成果可以为国内的页岩气的压裂设计和施工提供一定的参考和借鉴.