中文摘要：

水力压裂一直是低渗透油田增产开发的重要工艺措施。纵观现有的水力压裂研究成果，基本上都集中于岩体结构相对均匀的孔隙性储层，对于裂缝性储层的研究相对较少。目前裂缝性储层在油气开发中占有相当的比重，已成为油气增产的重点。由于裂缝性储层的特殊性和复杂性，水力压裂中砂堵等现象经常发生，严重影响了压裂效果，同时诸如裂缝空间形态描述等理论问题也尚未认识清楚。本项目就是针对这些问题，应用分形几何理论和三维可视化手段研究裂缝性储层水力压裂中裂缝空间形态与模拟，采用理论研究、室内模拟实验和现场试验相结合的方法研究裂缝性储层水力压裂的裂缝变化规律，从而揭示裂缝性储层水力压裂机理。研究目标是建立一套用于裂缝性储层水力压裂的机理分析与三维动态模拟系统，用于指导水力压裂施工。主要研究内容包括裂缝性储层裂缝特征的分形描述；裂缝性储层的三维地质体分析；裂缝性储层的压裂机理研究；裂缝性储层水力压裂分析及三维动态模拟等。

结论摘要：

本项目是针对裂缝性储层的地层特点和水力压裂施工过程的难点，应用分形岩石力学理论展开研究。经过三年的研究工作，项目取得了以下研究结论 1．应用分形几何方法分析了储层孔隙介质的微观特征。根据孔隙结构特征的分形模型建立了基于分形特征参数的孔隙介质有效应力模型。 2．基于孔隙介质有效应力的分形模型重新推导了井壁围岩应力状态方程，并进而推导了裸眼完井、射孔完井情况下含有分形参数的压裂起裂判别准则。 3．应用分形几何方法分析了储层裂缝介质的分布特征。建立VB.Net & OpenGL三维可视化平台，根据裂缝介质系统的分形分布规律通过确定性离散建模方法，模拟了布达特储层裂缝介质系统三维分布。 4．应用分形几何方法分析了岩石断裂面的延伸特性。使用分形方法描述裂纹的曲折扩展形态，建立了基于分形特征参数的I型、II型和混合型岩石断裂韧性的计算方法。 5．应用了模拟水力压裂过程的装置，进行孔隙性储层和裂缝性储层水力压裂模拟实验，根据实验结果分析影响水力压裂造缝机理的因素。 6．应用分形方法分析天然裂缝的分布规律，确定孔隙度和渗透率随分形参数的变化关系。由此，根据二维的PKN、KGD模型分析了分形参数对压裂裂缝缝长、缝宽的影响。 7．应用复变函数及保角映射方法对“十字形”裂缝的延伸端应力强度因子进行求解，并结合裂缝延伸K判据分析了单一天然裂缝对人工裂缝延伸压力的影响规律。 8．天然裂缝介质影响了人工裂缝的尺寸特征。天然裂缝介质的发育程度越强，储层渗透率越大，压裂液的有效率越低，人工裂缝的缝宽及缝长损失越大。 本项目的研究明确了不同因素对岩石断裂过程的影响情况，尤其是天然裂缝存在的情况下各影响因素之间的转变。通过项目的研究加深了对水力压裂造缝机理的认识，为进一步分析水力压裂造缝机理和指导现场压裂施工提供了理论指导和技术支持。 本项目组所有研究人员中除了毕业的研究生外，其他主要研究成员没有出现中途调离或者离开的现象。在完成本项目的过程中，共发表了科技论文9篇，论著1本，受理、授权专利7个，获奖6项，达到了本项目的计划要求。