位金鹏开题简析.doc

辽宁工程技术大学 本科毕业设计（论文）开 题 报 告 题 目 天然裂缝参数对页岩水力压裂裂纹扩展影 响数值模拟 指 导 教 师 唐巨鹏 院（系、部） 力学与工程学院 专 业 班 级 虚拟仿真11-1班 学 号 1216030113 姓 名 位金鹏 日 期 2016年3月21日 教务处印制 选题的目的、意义和研究现状 目的和意义： 世界上有大量油气储存在低渗裂缝性储层中，随着工业发展对石油与天然气需求的大幅增加以及相关技术的不断进步，裂缝性油气藏在行业中所占比重越来越高。特别对于目前的一大热点——致密气、页岩气等非常规气藏更是石油工作者关注的焦点。天然裂缝对于非常规气藏极其重要[1]，如果没有天然裂缝，就难以从这些储层中采出天然气或至少没有工业开釆价值。对于这类储层（页岩储层、盆地的储层、西德克萨斯的碳酸盐岩储层[2]、地层的页岩储层[3]和气藏[4]由于储层致密和天然裂缝导流能力低，需要采用增产措施例如水力压裂来达到经济产量。但是对于裂缝性储层的水力压裂，天然裂缝是一把双刃剑：一方面，天然裂缝的大量滤失可能导致砂堵，天然裂缝使水力裂缝的延伸存在较大不确定性而致使水力压裂更加难以控制；另一方面，在特定储层（如页岩气）中，通过水力压裂尽可能将水力裂缝与天然裂缝相互沟通、扩大裂缝网络体积，能够大幅提高产量。因此，开展水力裂缝在裂缝性储层中的延伸，特别是水力裂缝与天然裂缝相互作用机理的研究，对于低渗裂缝性储层正确利用天然裂缝（降低天然裂缝的影响，甚至变害为利）、提高该类储层开采效率有极大的指导意义。 大量现场监测数据和室内试验研究证实，裂缝性储层中的水力裂缝不再是均质储层中出现的对称双翼裂缝，而是非对称、非平面的复杂裂缝。目前对于裂缝性储层中水力裂缝扩展机理认识不足，而常规水力裂缝模拟模型无法模拟此类复杂裂缝形态，如果仍然采用常规水力裂缝延伸模型进行模拟和指导压裂设计，将出现与实际情况的极大偏差，最终导致压后效果不佳甚至压裂施工失败。因此，有必要开展裂缝性储层水力裂缝动态扩展理论研究。然而，裂缝性储层中水力裂缝的扩展为沿任意路径，需要计算和更新每一时步水力裂缝扩展方向，并对裂缝进行实时追踪。目前应用于水力裂缝模拟的方法（例如有限元法）由于需要预设路径而难以实现水力裂缝沿任意路径扩展的模拟。同时，每一时步裂缝面施加的流体压力在不断变化，而且遭遇天然裂缝后流体压力分布变得更加复杂，均大大增加了裂缝性储层中复杂路径水力裂缝动态扩展模拟的难度。 上述分析可见，裂缝性储层中模拟单条水力裂缝的动态扩展已经困难重重，若再叠加水力裂缝与多条天然裂缝的同时作用将会大大增加模拟难度，而且裂缝性储层中随机分布的大量天然裂缝的建模问题本身就较为复杂。因此，本文着重于研究单条水力裂缝与单条天然裂缝的相互作用，多条裂缝的相互作用模拟可在此基础上进一步研究。针对上述问题，本文对裂缝性储层中水力裂缝动态扩展开展了系统、深入的研究。引入扩展有限元法解决水力裂缝沿任意路径扩展这一难题，虽然该方法可避免预设路径的问题，但无法直接应用于水力压裂模拟。为此，本文开展了大量研究以改进扩展有限元法，使得扩展有限元法较好地适用于裂缝性储层的水力裂缝动态扩展模拟。通过对裂缝性储层水力压裂特殊性分析，建立了水力裂缝与天然裂缝相遇后的位移模式，提出了裂缝性储层水力裂缝动态扩展准则以及水力裂缝追踪方法。同时，建立了遭遇天然裂缝前后水力裂缝内流体压力分布模型，建立了等效节点力加载模型，提出了裂缝内流体压力在扩展有限元模型中的加载方式，最终实现了以单条水力裂缝与单条天然裂缝相互作用为核心的裂缝性储层水力裂缝动态扩展模拟。通过本文的研究将获得影响裂缝性储层‘ 中水力裂缝扩展的影响因素，更好地指导裂缝性储层水力压裂优化设计，提高改造的有效性和针对性。因此，本文的研究对于推动裂缝性储层压裂改造理论的发展和现场应用都具有重要的意义。 2、研究现状 针对裂缝性储层压裂人们还开展了大量理论模拟研究。一些研究者开发了预测这些储层裂缝行为的工具或者模型。这些模型建立的第一步必然是特征参数的选取和天然裂缝（或弱平面）的位置布置，这是一个极大的挑战，因为地层中的天然裂缝很难表征。通过微地震可以表征天然裂缝[5]，但是并不可靠。文献中，通常随机产生天然裂缝，但实际上天然裂缝可能是