缝内暂堵转向压裂数值模拟方法

摘要

水力压裂过程中,暂堵剂在缝内形成架桥封堵,提升缝内净压力,转向激活天然裂缝,增大储层改造体积.本文介绍了水力压裂物理过程及基本控制方程,基于该方程建立了二维流固全耦合相交裂缝扩展模型,实现缝内暂堵转向过程的模拟.利用黏结单元指定水力裂缝与天然裂缝扩展路径,基于内聚区模型控制裂缝单元的起裂与扩展.基于达西方程和润滑方程,令流体在暂堵体内流动的压降,与流体在无暂堵体缝内流动的压降相等,通过改变润滑方程中的等效黏度项来模拟暂堵体对缝内流体流动的影响.模型模拟结果与已发表的数值模拟结果吻合,证明了模型的可靠性.基于该模型研究了缝内暂堵转向动态过程,模拟结果表明,流体压力在暂堵体内部迅速降低,缝内净压力及裂缝开度显著增大,转向激活天然裂缝.整个缝内暂堵转向过程分为5个阶段:(1)水力裂缝起裂并扩展至相交点;(2)水力裂缝由相交点扩展至暂堵体;(3)水力裂缝停止扩展及天然裂缝上分支扩展结束;(4)天然裂缝上分支扩展结束至下分支扩展结束;(5)裂缝体积持续膨胀.本文工作为后续系统开展缝内暂堵转向规律研究提供了方法与模型基础.