水力壓裂三維模型研究發(fā)展綜述

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1、水力壓裂三維模型研究發(fā)展綜述　　摘要：水力壓裂技術(shù)是非常規(guī)油氣開采的關(guān)鍵技術(shù)，而數(shù)值模擬又是水力壓裂的關(guān)鍵。該文梳理了水力壓裂三維模型研究進(jìn)程，并對目前水力壓裂數(shù)值模擬常用的擬三維模型與全三維模型進(jìn)行了較為全面的總結(jié)，分析了各模型的適應(yīng)性，并提出了三維模型的下一步研究建議：（1）全三維模型與現(xiàn)場實(shí)際存在一定差距，需進(jìn)一步通過現(xiàn)場工程及監(jiān)測數(shù)據(jù)校正；（2）在油氣開采外其它領(lǐng)域?qū)嵤毫褧r，壓裂模型需根據(jù)壓裂施工條件的差異，區(qū)別化建立相應(yīng)的模型?！　￡P(guān)鍵詞：水力壓裂三維模型綜述　　中圖分類號：O34文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1674-098X（2017）03（b）-0

2、071-02　　ReviewontheDevelopmentofThreeDimensionalModelofHydraulicFracturing　　ZhouJunjie　?。–hongqingEnergyInvestmentGroupSci&TechCo.，Ltd.，Chongqing，400061，China）　　Abstract：Hydraulicfracturingisthekeytechnologyforunconventionaloilandgasexploitation，numericalsimulationisthekeytohydrauli

3、cfracturing.Thispaperreviewstheresearchprogressofhydraulicfracturingthreedimensionalmodel，thequasithreedimensionalmodelandthefullthree-dimensionalmodelofhydraulicfracturingnumericalsimulationaresummarized，andtheadaptabilityofeachmodelisanalyzed.Thefurtherresearchsuggestionsarepropos

4、ed：（1）Therearedifferencesbetweenthefullthree-dimensionalmodelandtheactualsituation，whichneedstobecorrected；（2）Otherareasoutsideofoilandgas，thefracturingmodelshouldbecorrectedbasedonthedifferenceconditions.　　KeyWords：Hydraulicfracturing；Threedimensionalmodel；Review　　20世?o80年代以前，裂縫延伸的

5、二維模型被廣泛使用于水力壓裂裂縫模擬及施工設(shè)計(jì)，最常用的是PKN、KGD和Penny模型[1]。但二維裂縫模型的最大適用問題是假定裂縫高度不變，而大量室內(nèi)實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場試驗(yàn)表明，壓裂中巖層產(chǎn)生的裂縫高度并非定值，而取決于壓裂時間和所處位置，因此，二維裂縫模型不適合現(xiàn)場實(shí)際情況。20世紀(jì)90年代后，國內(nèi)外眾多學(xué)者相繼提出了三維裂縫擬合模型，可分為兩類：一類為擬三維模型，考慮裂縫的三維延伸和裂縫中的一維流動；另一類為真三維模型，考慮裂縫在3個方向上的擴(kuò)展及兩個方向上的流體流動。針對上述情況，該文對水力壓裂三維模型研究進(jìn)程進(jìn)行梳理，對多種水力壓裂三維模型進(jìn)行總結(jié)，并分析

6、各模型的適應(yīng)情況?！　?擬三維模型　　擬三維模型根據(jù)不同地層的力學(xué)與物理性質(zhì)，模擬多地層的壓裂裂縫擴(kuò)展延伸情況，裂縫高度為時間與縫長的函數(shù)，較二維模型更符合實(shí)際情況。　　1978年，Simonson等首先建立了水力壓裂擬三維模型。1982年，VanEekele提出一種擬三維模型，其以恒定裂縫高度為基礎(chǔ)，從PKN模型出發(fā)推導(dǎo)了裂縫長度延伸速度，以垂向流體壓力不變?yōu)榛A(chǔ)，從KGD模型出發(fā)計(jì)算了裂縫垂直方向上的延伸。1989年，Warpinski等建立了擬三維模型，模擬優(yōu)化多地層條件下壓裂情況，但準(zhǔn)確性不高。1996年，陳治喜提出了將斷裂韌度引入裂縫垂向延伸的擬三維

7、模型[2]?！　leary、Settari等[1]從PKN和KGD模型研究出發(fā)，提出了裂縫自相似擴(kuò)展的假說，發(fā)展了PKNC和KZGD兩個自相似綜合模型，并綜合了兩個模型。以KZGD模型模擬裂縫垂向擴(kuò)展，以PKNC模型模擬裂縫側(cè)向擴(kuò)展，由此建立了擬三維（P-3D）模型，以此提出了“前導(dǎo)邊緣”的概念，建立了裂縫尖端區(qū)的流量與凈壓力的等價關(guān)系，表征了尖端區(qū)的復(fù)雜邊界條件?！　?008年，陳勉等提出了層狀地層中水力壓裂裂縫形態(tài)的擬三維模型[3]。2010年，Adachi提出了擬三維模型，并推導(dǎo)了垂向穿過不同地應(yīng)力邊界時的解，以巖石斷裂韌度和濾失系數(shù)表征了控制方程。2

8、010年，Rahman等提出了考慮濾失