基于XFEM-MBEM的嵌入式离散裂缝模型流固耦合数值模拟方法

离散缝网的表征与模拟是目前国内外研究的热点. 在非常规油气开发过程中, 由于地应力场的存在会对裂缝的流动属性产生显著影响, 若将裂缝视为静态对象, 与矿场数据会出现极大偏差, 因此要基于动态裂缝做更深入的研究. 本文针对致密油藏应力场?渗流场耦合力学问题, 提出了一种高效的混合数值离散化方法, 其中采用扩展有限元法 (XFEM) 求解岩石的弹性形变, 采用了混合边界元法 (MBEM) 精确计算基岩与裂缝间的非稳态窜流, 这两种数值格式是完全耦合的, 并对整体计算格式的时间项进行了全隐式求解, 可准确表征致密油藏开采过程中的裂缝变形及流体流动机理. 此外, 本文采用了嵌入式离散裂缝前处理算法显式表征大尺度水力压裂缝, 并考虑了支撑剂的作用; 采用了双孔有效应力原理和双重介质隐式裂缝表征方法, 可捕捉基质与小尺度天然裂缝的动态信息; 由此, 本文所提出的混合模型综合表征了基质?天然裂缝?水力压裂缝共同组成的致密油藏复杂渗流环境, 并通过几个实例论证了模型的准确性, 研究表明: 对致密油藏压裂水平井进行产能评价时, 应力场所引起渗流参数的改变及裂缝开度降低的影响不可忽略. 本文研究可为非常规油气资源的开发提供理论指导.      

考虑水力压裂缝和天然裂缝动态闭合的三维离散缝网数值模拟

基于嵌入式离散裂缝模型, 提出一种可在三维空间中考虑应力状态影响的裂缝动态闭合表征方法。将任意方向裂缝的开度和渗透率考虑为作用在裂缝平面法向有效应力的函数, 同时用裂缝传导率变化表征支撑剂充填的水力压裂缝与被开启的天然裂缝由于油藏开发过程中地层流体压力下降而发生的动态闭合行为。研究表明: 致密油藏开发以缝控储量为主。对压裂水平井进行产能评价时, 裂缝动态闭合会导致产能的部分损失, 其影响不可忽略; 水力压裂缝的支撑剂材料属性及天然裂缝的刚度是其中的主控因素。因此需要增大支撑剂的浓度、粒径大小并改善支撑剂的性质, 在最大程度上降低裂缝闭合对生产的不利影响。