开发全 3D 数值模型以研究正交天然裂缝影响下的水力裂缝扩展

尽管水力压裂作为提高致密层产气量的关键技术已被大量研究和应用，但要准确预测和分析复杂储层的压裂行为，特别是像页岩储层这样的自然压裂储层，还存在一些问题和不确定性。本文提出了一个全三维数值模型（FLAC3D）来研究预先存在的正交天然裂缝影响下的水力压裂行为。在这个数值模型中，假定水力压裂的传播方向垂直于最小主应力，并且只由拉伸破坏激活，而预先存在的天然裂缝可以由拉伸或剪切破坏激活，或者两者结合，并且只有拉伸破坏也能打开天然裂缝。新开发的模型被用来研究预先存在的正交天然裂缝对水力压裂行为的影响，其依据是在美国德克萨斯州西北部的Barnett页岩层的自然裂缝储层中进行的多阶段水力压裂作业。在这个多级作业中，选择了两个比较有代表性的阶段，即水平应力各向异性比较大的第1阶段（3.MPa）和相对较小的第4阶段（1.MPa），进行模拟。根据数值结果，我们可以观察到，水力和自然裂缝之间的相互作用主要是由裂缝尖端周围的诱导应力驱动的。此外，水平应力各向异性在打开天然裂缝中起着关键作用。因此，在第1阶段，天然裂缝上没有激活明显的开放裂缝，而在第4阶段，开放裂缝侵入第一条天然裂缝约90米。相反，第1阶段的水力压裂长度要比第4阶段长得多，因为在第4阶段，一些流体体积被储存在已开放的天然裂缝中。在这项工作中，天然裂缝的剪切破坏被视为诱发地震事件的主要因素。模拟的地震事件，即天然裂缝的剪切破坏，与测量的地震事件非常相似。