利用流固耦合模型对层状地层中水力裂缝高度增长进行三维有限元模拟

使用一个完全耦合的三维流体力学模型来处理石油资源开发中遇到的层状岩石系统中存在弹性模量和应力差时的水力压裂这一重要问题。首先，通过模拟一个实验室水力压裂实验来验证该模型处理应力对比的影响。在裂缝开度、注入压力和裂缝足迹的分布方面取得了较好的一致性。然后，进行数值分析，研究地应力和地层性质，如杨氏模量和裂缝能量释放率对水力裂缝高度增长和包容性的影响。将使用传统厚度加权杨氏模量的模拟结果与使用层杨氏模量显式建模的结果进行比较，发现对于相同的注入量，厚度加权杨氏模量产生更高的注入压力。层段的显式建模影响着产层段及周围层段的水力裂缝开度分布。在杨氏模量较低的层中观察到相对较大的断裂孔径。此外，水力裂缝倾向于主要在较低的杨氏模量层中扩展，这可以通过限制较硬层的高度增长来促进水力裂缝的遏制。在考虑应力差对高度增长的影响时，传统的平衡高度模型产生了较大的孔径，高估了裂缝高度。采用典型的注入速度、流体粘度和地应力的模拟表明，应力对比度大于一定值，例如30 %的原位最小水平应力，可以有效地抑制高度增长。当产层以延性层为界时，注入压力较高，注入点对应的孔径大于使用均匀岩石性质得到的孔径。