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储层脆性对水力压裂裂缝复杂性影响的数值模拟研究

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常规油气田的储量和产量正在逐年下降，非常规油气储层的开采逐渐成为油气开采新的方向。由于非常规油气储层的渗透性普遍较低，储层必须经过水力压裂改造后形成有效的复杂缝网才会有明显的产量。因此，研究不同因素对水力压裂裂缝复杂性的影响成为国内外学者研究的重点。影响水力压裂裂缝复杂性的因素有岩石的力学性质、地应力、天然裂隙和施工工艺等，并且各个影响因素对于水力压裂裂缝复杂性的影响及其耦合作用十分复杂。岩石是一种脆性显著材料，研究储层脆性对于水力压裂裂缝复杂性的影响意义重大。 本文在充分考虑国内外大量理论研究，物理模型实验，以及数值模拟实验等研究成果后，基于胜利油田某区块地下3200米储层试样的物理力学实验结果进行数值模拟参数标定，利用真实破坏过程分析软件RFPA建立相应的数值模拟模型进行计算和实验结果分析。最后基于正交实验原理进行多因素的敏感性分析。研究内容有以下四个方面： (1)基于现有岩体脆性评价方法，提出基于全应力应变曲线改进的脆性指数B。脆性指数B全面考虑峰值前应力上升速率，峰值后应力跌落速率以及应力跌落水平这三个评价岩体脆性的重要指标。参考前人的物理实验结果进行公式验证，得出脆性指数B能够更加全面的评价岩体脆性，且适用性更好。 (2)结合数值模拟参数标定结果，利用数值模拟实验研究不同弹性模量、泊松比、压拉比、残余应力水平和围压与岩体脆性的关系。根据试样破坏的裂缝发育程度，破裂面的角度以及全应力应变曲线图等，得到岩体脆性强弱与弹性模量和压拉比成正比，与泊松比、残余应力水平和围压成反比。 (3)充分考虑致密油气储层中天然节理十分发育，通过预制两组节理的数值模拟模型研究研究不同弹性模量、泊松比、压拉比、残余应力水平和地应力对水力压裂产生缝网复杂性的影响。通过计算水力压裂复杂缝网指数FCI得到，水力压裂复杂缝网FCI指数与弹性模量和压拉比成正比，与泊松比、残余应力水平和围压成反比。总结数值模拟研究结果得到，岩石的脆性越强，水力压裂裂缝复杂性越高。 (4)创新性的利用正交实验分析方法研究不同因素对于水力压裂裂缝复杂性的敏感性，五个影响因素的敏感性由强到弱的排序为：地应力，弹性模量，残余应力水平，压拉比和泊松比。其中地应力和弹性模量为显著影响因素，残余应力水平为一般影响因素，压拉比和泊松比的影响水平较低。

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