離散元水力壓裂一體化數(shù)值仿真

目錄
序
前言
第1章　緒論　1　
1.1　非常規(guī)油氣資源開發(fā)現(xiàn)狀與水力壓裂技術(shù)　3　
1.2　水力裂縫擴展研究現(xiàn)狀　4　
1.2.1　水力裂縫起裂和擴展　4　
1.2.2　射孔和近井筒地帶裂縫擴展　7　
1.2.3　分段多簇壓裂多裂縫擴展　8　
1.3　章節(jié)內(nèi)容安排　9
第2章　基于離散元的水力壓裂數(shù)值模擬方法原理　11　
2.1　顆粒離散元數(shù)值模型　13　
2.1.1　顆粒離散元基本理論　13　
2.1.2　二維顆粒離散元模型流固耦合算法19　
2.2　三維離散格子數(shù)值模型　22　
2.2.1　三維離散格子方法基本理論　22　
2.2.2　三維離散格子模型流固耦合算法　23　
2.3　三維塊體離散元數(shù)值模型　24　
2.3.1　三維塊體離散元法基本理論　24　
2.3.2　三維塊體離散元模型流固耦合算法　27
第3章　巖石內(nèi)在非均質(zhì)性與顆粒尺寸對水力壓裂的影響　31　
3.1　平面應(yīng)變應(yīng)力狀態(tài)下水力壓裂理論模型　33　
3.1.1　裂縫擴展控制區(qū)域　33　
3.1.2　無濾失條件下KGD模型近似解　34　
3.2　基于顆粒離散元的無濾失水力壓裂模型　35　
3.2.1　黏性控制機制　36　
3.2.2　斷裂韌性控制機制　38　
3.3　巖石內(nèi)在非均質(zhì)性對水力壓裂的影響40　
3.4　顆粒尺寸對水力壓裂的影響　43　
3.5　本章小結(jié)　46　
第4章　不同射孔模型中水力裂縫起裂和近井筒擴展　49　
4.1　三維離散格子建模51　
4.2　數(shù)值模擬結(jié)果　52　
4.2.1　螺旋射孔模型　52　
4.2.2　定向射孔模型　57　
4.2.3　Tristim射孔模型　61　
4.3　結(jié)果分析與討論　64　
4.3.1　不同射孔模型特征　64　
4.3.2　斷裂韌度控制機制驗證　65　
4.3.3　與實驗結(jié)果對比　66　
4.4　本章小結(jié)　67
第5章　水力裂縫與天然裂縫的相互作用研究　69　
5.1　離散-連續(xù)混合數(shù)值方法　71　
5.1.1　模型描述　71　
5.1.2　模型驗證　72　
5.2　水力裂縫與天然裂縫正交穿越　75　
5.2.1　應(yīng)力比和天然裂縫摩擦性質(zhì)的影響　75　
5.2.2　強度比的影響　78　
5.2.3　剛度比的影響　79　
5.3　水力裂縫與天然裂縫非正交穿越　81　
5.4　水力裂縫與多條天然裂縫相互作用　83　
5.5　本章小結(jié)　84
第6章　水力壓裂后支撐劑嵌入與裂縫導(dǎo)流性能研究87　
6.1　模型設(shè)置　89　
6.1.1　DEM-CFD耦合模型　89　
6.1.2　模型參數(shù)標(biāo)定　90　
6.2　參數(shù)研究　92　
6.2.1　裂縫閉合后的裂縫導(dǎo)流能力　92　
6.2.2　頁巖水化對支撐劑嵌入的影響　93　
6.2.3　支撐劑尺寸的影響　96　
6.3　本章小結(jié)　97
第7章　水力壓裂后長期注采作用下地應(yīng)力演化規(guī)律　99　
7.1　水力壓裂裂縫造縫和開采的應(yīng)力理論模型　102　
7.1.1　人工裂縫誘導(dǎo)應(yīng)力理論模型　102　
7.1.2　開采誘導(dǎo)應(yīng)力流固耦合理論模型　103　
7.2　FLAC3D有限差分理論模型　105　
7.2.1　FLAC3D有限差分離散算法　105　
7.2.2　FLAC3D流固耦合算法　105　
7.3　基于FLAC3D的長期注采作用下三維地應(yīng)力演化模型　106　
7.3.1　基于測井深度插值的三維地形模型　106
7.3.2　三層地質(zhì)力學(xué)幾何模型的建立　107
7.3.3　模型參數(shù)的選取　108
7.3.4　注采歷史的擬合　108　
7.4　地應(yīng)力演化計算結(jié)果和討論　109　
7.4.1　應(yīng)力重分布結(jié)果　109　
7.4.2　地應(yīng)力結(jié)果討論　111　
7.5　本章小結(jié)　111
第8章　基于地質(zhì)力學(xué)和微地震全耦合模型的重復(fù)壓裂　113　
8.1　重復(fù)壓裂研究綜述　115　
8.2　3DEC裂縫擴展模型的建立　118　
8.2.1　幾何模型的建立　118　
8.2.2　初次壓裂和孔壓衰竭模擬　120　
8.2.3　重復(fù)壓裂模擬　122　
8.3　3DEC裂縫擴展模型的結(jié)果與討論　123　
8.4　本章小結(jié)　130
第9章　致密油極限射孔優(yōu)化設(shè)計研究　133　
9.1　極限射孔數(shù)值模型　135　
9.1.1　華6-8井第11段介紹　135　
9.1.2　極限射孔壓裂數(shù)值模型建立　137　
9.1.3　極限射孔壓裂數(shù)值模擬結(jié)果　138　
9.1.4　極限射孔壓裂數(shù)值模型驗證　139　
9.2　極限射孔多簇裂縫起裂與擴展規(guī)律　140　
9.2.1　注入排量　140　
9.2.2　簇間距　142　
9.2.3　單段簇數(shù)　143　
9.2.4　簇間應(yīng)力差　145　
9.3　本章小結(jié)　148
第10章　裂隙巖體的超臨界二氧化碳壓裂　149　
10.1　基于離散元的超臨界二氧化碳壓裂算法　151　
10.1.1　斷裂韌性控制區(qū)域簡化算法　151　
10.1.2　與傳統(tǒng)壓裂算法比較　152　
10.1.3　簡化算法驗證　152　
10.2　完整巖石中的超臨界二氧化碳壓裂　153　
10.3　裂隙巖體中的超臨界二氧化碳壓裂　157　
10.4　本章小結(jié)　159
第11章　離散材料中的水力壓裂　161　
11.1　模擬背景與試驗介紹　163　
11.2　離散材料中水力壓裂數(shù)值模型研究　165　
11.2.1　顆粒材料中流體注入模型設(shè)置　165　
11.2.2　注入速率的影響　167　
11.2.3　無量綱時間因子　170　
11.2.4　能量分析　172　
11.3　本章小結(jié)　174
第12章　水力壓裂與誘發(fā)地震　175　
12.1　水力壓裂引起誘發(fā)地震綜述　177　
12.2　壓裂誘發(fā)地震與斷層滑移及套管變形的關(guān)系　179　
12.2.1　套管變形由斷層滑移引起的證據(jù)　180　
12.2.2　由微地震數(shù)據(jù)確定滑移斷層的位置　183　
12.3　流體注入引起斷層滑移及誘發(fā)地震的三維滲流-應(yīng)力場全耦合模型　184　
12.3.1　3DEC微地震震級算法　184　
12.3.2　3DEC幾何模型的建立　185　
12.3.3　模型參數(shù)的選取　185　
12.4　模擬結(jié)果與討論　190　
12.4.1　斷層滑移及誘發(fā)地震模擬結(jié)果　190　
12.4.2　施工參數(shù)分析　192　
12.5　本章小結(jié)　195
參考文獻　197