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基于离散元法的水力压裂数值模拟
  • ISSN号:1006-7493
  • 期刊名称:《高校地质学报》
  • 时间:0
  • 分类:TE357.1[石油与天然气工程—油气田开发工程]
  • 作者机构:[1]南京大学地球科学与工程学院,南京210023, [2]国土资源部地裂缝地质灾害重点实验室,江苏省地质调查研究院,南京210049, [3]南京大学(苏州)高新技术研究院,苏州215123
  • 相关基金:国家自然科学基金青年项目(41302216);江苏省自然科学基金青年项目(BK20130377);江苏省科技支撑计划(BE2013115)资助
中文摘要:

不同条件下水压裂隙的发展特性对有效开采页岩气具有重要的指导作用.针对岩体在微观上为颗粒和孔隙的结构系统,提出离散元水力压裂数值模拟方法,离散元能量转化和能量守恒计算方法,建立了相应的三维离散元模型.采用自主研发的三维离散元模拟软件MatDEM3D,通过控制模型的竖向应变与颗粒直径,来模拟地层中的应力与压裂速率的变化.模拟结果表明:(1) 水力压裂产生裂隙的数量和方向受岩石的各向异性,压力状态和变化速率所影响.(2) 裂隙在压缩波传播时发展,当水压力高速增加时,诱发的裂隙数量增多,并且有效能量(断裂热) 百分比也随之增加,压裂作用也变得更明显.(3) 当竖向应变为零时,50%的裂隙呈垂直状态,当竖向应变为-1×10^-4时,裂隙趋于沿着最大压力方向发展,竖向裂隙的百分率增大.数值模拟和能量分析为定量地研究岩石水力压裂过程提供了-个新的方法.

英文摘要:

The studies on the characteristics of hydraulic fracturing under different conditions have an important meaning to the effective shale gas exploration. As rocks are composed of grains and pores at micro scale, the discrete element method is introduced to simulate hydraulic fracturing processes. The rules of energy calculation and energy conversion in the models are proposed and a 3D discrete element model is built. Furthermore, 3D discrete element numerical simulation software"MatDEM3D"is developed. The variations of strata stress and hydraulic speed are simulated by varying the model vertical strain and the particle diameters, respectively. The simulation results indicate: (1) the number and direction of hydraulic fractures are influenced by the anisotropic properties of rocks, stress state, and hydraulic speed. (2) Fractures are generated when the compressive wave passes. When hydraulic pressure increases at a high rate, the number of induced fractures is much greater. Furthermore, the percentage of effective energy (fracturing energy) is also greater, and as a result, the efficiency of hydraulic fracturing is higher. (3) When the vertical strain is zero, 50%of the fractures are vertical. When the vertical strain is-1×10-4, the fractures tend to develop along the direction of the maximum compressive stress, and the percentages of vertical fractures are greater. The numerical simulation and energy analysis provide a new method for researching the hydraulic fracturing processes of rocks.

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期刊信息
  • 《高校地质学报》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:教育部
  • 主办单位:南京大学
  • 主编:王汝成
  • 地址:南京市栖霞区仙林大道号南京大学共山楼
  • 邮编:210023
  • 邮箱:gxdzh@nju.edu.cn
  • 电话:025-83594340
  • 国际标准刊号:ISSN:1006-7493
  • 国内统一刊号:ISSN:32-1440/P
  • 邮发代号:
  • 获奖情况:
  • 1)2011年获中国高校期刊研究会颁发的“首届中国...,2)2012年“学术讨论与争鸣”栏目获江苏省科学技...,3)2012年被中国学术期刊(光盘版)电子杂志社,...,4)2013年被中国学术期刊(光盘版)电子杂志社,...,5)2014年获中国高校期刊研究会颁
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),美国地质文献预评数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版)
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