水力壓裂裂縫三維擴(kuò)展ABAQUS數(shù)值模擬研究_張汝生

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1、第34卷第6期石油鉆采工藝Vol.34No.62012年11月OILDRILLING&PRODUCTIONTECHNOLOGYNov.2012文章編號：1000?7393（2012）06?0069?04水力壓裂裂縫三維擴(kuò)展ABAQUS數(shù)值模擬研究張汝生　王　強(qiáng)　張祖國　孫志宇　林　鑫（中國石油化工股份有限公司石油勘探開發(fā)研究院，北京　100083）引用格式：張汝生，王強(qiáng)，張祖國，等.水力壓裂裂縫三維擴(kuò)展ABAQUS數(shù)值模擬研究［J］.石油鉆采工藝，2012，34（6）：69-72.摘要：油井巖石的

2、水壓致裂過程是多孔介質(zhì)下的流固耦合過程。建立了水力壓裂流體滲流連續(xù)性方程與巖石變形應(yīng)力平衡方程，引入了二次正應(yīng)力裂紋起裂及臨界能量釋放率裂縫延伸準(zhǔn)則，考慮流體在裂縫面橫向、縱向流動，采用有限元計(jì)算軟件ABAQUS中的Soil模塊模擬巖石水力壓裂的三維復(fù)合裂縫起裂與擴(kuò)展。通過其黏結(jié)單元設(shè)定裂縫延伸方向，編寫用戶子程序并嵌入ABAQUS主程序中，以確定初始地應(yīng)力場、滲流場、隨深度變化的孔隙度及隨時間變化的濾失系數(shù)。從數(shù)值模擬結(jié)果可以得到水力壓裂泵注不同時刻裂縫幾何形態(tài)、縫內(nèi)壓力分布、巖石變形及其應(yīng)力分

3、布、孔隙壓力分布、壓裂液濾失量以及壓裂液流體特性、排量、上下隔層應(yīng)力差、濾失系數(shù)等參數(shù)對裂縫幾何尺寸的影響。關(guān)鍵詞：水力壓裂；裂縫擴(kuò)展；流固耦合；ABAQUS有限元；數(shù)值模擬中圖分類號：TE319　　　文獻(xiàn)標(biāo)識碼：AResearchofABAQUSnumericalsimulationof3DfracturepropagationinhydraulicfracturingprocessZHANGRusheng,WANGQiang,ZHANGZuguo,SUNZhiyu,LINXin（SINOPEC

4、Exploration&ProductionResearchInstitute,Beijing100083,China）Abstract:Thehydraulicfracturingtreatmentinoilwellisaprocessofsolid-fluidcouplinginporousmedium.Inthispaper,con-tinuityequationofhydraulicfracturingfluidseepageandstressequilibriumequationofro

5、ckdeformationareestablished,thecriterionforfractureinitiationofquadraticnominalstressandfracturepropagationofcriticalenergyreleaserateisintroduced,horizontalflowandverticalflowoffluidalongfractureisconsidered,andtheSoilmoduleinfiniteelementtoolABAQUSi

6、sappliedtostimulate3Dcompositefractureinitiationandpropagationinhydraulicfracturing.Thecohesiveelementisusedtopre-definethefracturepath,andthecorrespondingusersubroutinesarealsodevelopedandembeddedintoABAQUStodeterminetheinitialin-situstressfield,seep

7、agefield,depth-dependentporosityandtime-relatedlosscoefficient.Theresultofnumericalsimulationcanshowfracturegeometry,fluidpressuredistributionalongfracture,rockdeformationandstressdistribution,porepressuredistributionandfluidlossatdifferenttimepointso

8、fpumpinginhydraulicfracturing.Apartfromthat,theinfluenceoffluidproperties,volume,interlayerstressdifferenceandlosscoefficientonfracturegeometryisanalyzed.Keywords:hydraulicfracturing;fracturepropagation;solid-fluidcoupling;ABAQUSfiniteelement;