基于CDEM的非均质煤层气储层水力裂缝三维扩展模拟

为了模拟深层煤层气(CBM)储层水力裂缝的传播规律，采用连续不连续算法建立了三维数值模型，并在模型中加入了离散裂缝网络(DFN)以增加其非均质性。采用控制变量法研究了地应力、随机裂缝数、压裂液流量和粘度对水力裂缝扩展的影响。结果表明，水力裂缝的破裂面可以迅速延伸到模型的上下边界，然后延伸到垂直于最小主应力的两端。同时，沿最小主应力方向也存在短距离延伸。水平段的裂缝宽度为椭圆形，即注入点处的裂缝宽度最大，裂缝宽度在向前延伸的过程中逐渐减小。压裂液的压力数据也随着膨胀过程逐渐降低。随着煤层埋深的增加，水力裂缝的破裂压力急剧增加，而裂缝宽度急剧减小。模型中的随机裂缝只有在其走向角与最大水平主应力之间的夹角很小时才有利于水力裂缝的扩展，并且在大多数情况下会“阻碍”水力裂缝的扩张。储层中随机裂缝的密度越大，“堵塞”效应越明显，水力裂缝的裂缝宽度越小。压裂液注入流量的增加会显著影响水力裂缝的传播速度和宽度。压裂液粘度的增加会使水力裂缝的形状从“椭圆形”变为“圆形”，不利于水力裂缝的扩展。引入体积非均质性来定量确定模型的非均质性特征，并使用多元回归分析来获得低粘度水作为压裂液时水力裂缝长度、最大裂缝宽度和体积非均质、埋深、注入流量和注入时间之间的关系。确定煤储层的体积非均质性、埋藏深度（地应力）、压裂液流速和粘度是影响裂缝长度和最大裂缝宽度的主要控制因素。