页岩储层清水压裂裂缝扩展规律多场耦合数值分析

"清水压裂多场耦合下裂缝扩展规律数值模拟分析 (2014年)" 这篇论文详细探讨了在清水压裂过程中，裂缝扩展的规律及其受多种物理场影响的复杂性。作者李士斌、李磊和张立刚通过对层段页岩储层的室内实验，获取了储层的物性参数、岩石力学参数以及天然裂缝的分布特征，以此为基础构建了一个缺陷性岩体的应力场、损伤场和渗流场耦合的本构模型，并制定了相应的破坏准则。 借助于Comsol软件进行的有限元数值模拟，论文分析了在拉伸和压剪应力作用下地层中裂缝的扩展行为。在页岩储层中，水力压裂可以诱导天然裂缝系统的开启，进而形成复杂的人工裂缝网络。当水力裂缝遇到天然裂缝时，其宽度显著增大，并且裂缝的方向会发生改变，倾向于沿着天然裂缝的某一翼继续扩展，而另一翼则可能停止扩张。这种现象揭示了天然裂缝之间存在明显的相互影响和干扰。 论文还强调了裂缝生成和发展的过程是一个从众多小裂缝合并成少数大裂缝的过程，最终形成的裂缝数量主要取决于裂缝间的连通性。影响这一过程的关键因素包括地应力状态、天然裂缝的分布、射孔井段的设计、射孔方式、地层倾角、施工时的排量以及液体的粘度等。 通过这些研究，作者不仅深入理解了清水压裂条件下裂缝扩展的动态过程，也为优化压裂设计提供了理论依据和计算工具。多场耦合的概念为更好地预测和控制裂缝的形态与扩展路径提供了新的思路，有助于提高压裂作业的效率和经济效益。 关键词：清水压裂；多场耦合；损伤；有限元数值模拟；多分支缝形成机理 该研究属于工程技术领域，对石油天然气开采中的水力压裂技术有重要的指导意义，尤其是在页岩气等非常规油气资源的开发中。通过数值模拟方法，能更准确地预测压裂效果，减少试验成本，同时对环境保护和能源开采的可持续性具有积极影响。