亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        壓裂液黏度和注液速率對(duì)含層理頁巖水力裂縫擴(kuò)展行為的影響規(guī)律研究

        2023-12-29 08:25:28白岳松胡耀青
        煤礦安全 2023年12期
        關(guān)鍵詞:注液層理節(jié)理

        白岳松 ,胡耀青 ,李 杰

        (1.太原理工大學(xué) 礦業(yè)工程學(xué)院,山西 太原 030024;2.中煤科工集團(tuán)沈陽研究院有限公司,遼寧 撫順 113122;3.煤礦安全技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,遼寧 撫順 113122)

        我國頁巖氣資源豐富,但是頁巖氣儲(chǔ)層同時(shí)存在滲透性差、開采難度高等特點(diǎn)[1-5]。為此,眾多學(xué)者為有效提高頁巖氣儲(chǔ)層的滲透性而進(jìn)行研究并提出多種開采技術(shù)。其中,水力壓裂技術(shù)為應(yīng)用最為廣泛的技術(shù)[6-12]。為了優(yōu)化水力壓裂技術(shù)對(duì)頁巖氣儲(chǔ)層滲透性的改造,有必要探究在對(duì)頁巖氣井進(jìn)行水力壓裂過程時(shí)影響其裂縫擴(kuò)展的影響因素,特別是頁巖氣儲(chǔ)層中含有層理構(gòu)造時(shí)其水力裂縫擴(kuò)展行為的影響因素。KAHRAMAN S等[13]采用巖石脆塑性及斷裂韌性等參數(shù)對(duì)儲(chǔ)層的可壓裂性進(jìn)行評(píng)價(jià);趙爭光等[14]采用地面微震技術(shù)證實(shí)儲(chǔ)層的巖性是影響其水力裂縫擴(kuò)展的重要因素;劉建中等[15]采用物理模擬實(shí)驗(yàn)的方法發(fā)現(xiàn)水力裂縫在壓裂后的延伸過程中會(huì)逐漸沿著垂直于最小水平主應(yīng)力的方向擴(kuò)展;門曉溪[16]通過數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)層中的層理角越大,其起裂壓力越大;李曉等[17]采用實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)的方法,得到層理傾角小于30°時(shí)頁巖破裂所需破裂壓力大,且破壞形態(tài)差異大的試驗(yàn)結(jié)果;HENG S 等[18]通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),在水力壓裂過程中當(dāng)水力裂縫和層理面相交時(shí),穿透層理延伸的水力裂縫的縫高延伸速率顯著低于沿層理擴(kuò)展的水力裂縫;侯冰等[19]采用實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)的方法,發(fā)現(xiàn)復(fù)雜的地質(zhì)條件、脆性、發(fā)育的層理面和天然裂縫等會(huì)導(dǎo)致頁巖在壓裂后形成具有非平面、不對(duì)稱和多分支行為的復(fù)雜水力裂縫網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)以上研究可知,鮮有針對(duì)施工參數(shù)(注液速率、液體黏度)對(duì)含層理頁巖水力壓裂過程中其水力裂縫擴(kuò)展行為的影響規(guī)律研究。同時(shí),考慮到理論分析無法對(duì)水力壓裂過程中所產(chǎn)生的復(fù)雜裂縫進(jìn)行合理解釋,以及實(shí)驗(yàn)室研究無法進(jìn)行基于工程尺度的水力壓裂實(shí)驗(yàn)研究[20-22],采用離散元法對(duì)含層理頁巖水力壓裂過程中其水力裂縫的擴(kuò)展行為進(jìn)行數(shù)值模擬研究,以揭示液體黏度和注液速率對(duì)其影響規(guī)律。

        1 水力壓裂控制方程

        頁巖氣儲(chǔ)層的水力壓裂過程是一個(gè)涉及孔隙、裂縫、流體、應(yīng)力等多相介質(zhì)的復(fù)雜流固耦合問題,而塊體離散元方法在模擬裂縫內(nèi)的流固耦合行為上具有較高的優(yōu)勢。綜合考慮本次數(shù)值模擬的研究目的可知,其控制方程主要涉及裂縫破壞的判定、節(jié)理內(nèi)流體的流動(dòng)及相關(guān)求解方程。

        1.1 裂縫破壞判定

        塊體離散元方法通過塊體間的節(jié)理面來模擬裂縫,節(jié)理面的破壞表示裂縫的開啟。節(jié)理的本構(gòu)模型為庫倫滑移節(jié)理模型。在模型中均考慮了剪切和張拉失效,同時(shí)也考慮了節(jié)理的膨脹。在塊體離散元方法中節(jié)理通過接觸來描述,在彈性階段,接觸之間通過法向剛度與切向剛度來描述。節(jié)理的法向力學(xué)行為可表示為[23]:

        式中:c為節(jié)理的黏聚力,MPa; φ為節(jié)理的摩擦角,(°)。

        當(dāng)節(jié)理上的力超過其抗拉或抗剪強(qiáng)度后,接觸失效,同時(shí)節(jié)理的抗拉強(qiáng)度以及黏聚力變?yōu)?0。此時(shí)節(jié)理面上的最大拉力和最大剪切力可表示為:

        剪切位移會(huì)引起法向的位移變化,其關(guān)系可由膨脹角θ 來表征:

        式中:ΔUn(dil)為膨脹引起的法向位移。

        此時(shí)法向力應(yīng)該綜合考慮膨脹的影響,法向力變?yōu)椋?/p>

        1.2 節(jié)理內(nèi)流體流動(dòng)

        節(jié)理內(nèi)的流體流動(dòng)符合N-S方程。當(dāng)2 個(gè)面近似平行的非滲透面,且流體為不可壓縮流體時(shí),N-S方程可以簡化為雷諾方程[23]:

        式中:u為平面上一點(diǎn)xi處的非滲透邊界的距離,u=u(xi) ;h為水頭高度,m; ρ為流體密度,kg/m3; μ為流體黏度,Pa?s;g為重力加速度,m/s2。

        根據(jù)式(11)可得到流體的流速Vi方程為:

        式中:u2/12為單裂縫滲透;kH為水力傳導(dǎo)率,kH=u3ρg/12μ。

        1.3 數(shù)值求解

        在水力壓裂中假設(shè)裂縫擴(kuò)展行為主要由近尖端行為和流體整體體積平衡決定,裂縫擴(kuò)展過程中主要有3 種能量耗散方式:流體流動(dòng)過程中的黏性能耗散、產(chǎn)生新裂縫(巖石斷裂)所需的能量耗散以及流體濾失產(chǎn)生的能量耗散。對(duì)此,DONTSOV 等[23]給出了斷裂韌度、流體黏度和濾失的圓盤狀水力裂縫解模型。

        以DONTSOV 等提出的求解模型為基礎(chǔ)并進(jìn)行簡化,在不考慮流體慮失的條件下,可得到黏性控制機(jī)制下裂縫開度wm(ρ,t)和 裂縫半長Rm(t)的解析解分別為:

        2 模型驗(yàn)證

        為了驗(yàn)證塊體離散元方法在模擬水力壓裂中的可行性,基于上述2 種控制機(jī)制的求解方式,分別選取一定的頁巖屬性參數(shù)來進(jìn)行模擬,并將數(shù)值計(jì)算所得到的裂縫開度分布值與理論解進(jìn)行對(duì)比。數(shù)值模擬參數(shù)見表1,數(shù)值模擬結(jié)果與理論解對(duì)比如圖1。

        圖1 數(shù)值模擬結(jié)果與理論解對(duì)比Fig.1 Comparison between numerical simulation results and theoretical solutions

        表1 數(shù)值模擬參數(shù)Table 1 List of numerical simulation parameters

        從圖1 可以看出,無論是黏度控制機(jī)制,還是韌性控制機(jī)制,采用塊體離散元方法模擬所得到的裂縫開度分布的數(shù)值解與Donstov 所建立的近似理論解匹配度極高。因此,可以認(rèn)為,塊體離散元法在頁巖水力壓裂中可以較好地模擬裂縫的擴(kuò)展行為。

        3 水力裂縫擴(kuò)展行為數(shù)值模擬

        3.1 數(shù)值模型

        主要研究含層理頁巖在水力壓裂過程中,壓裂液黏度及注液速率對(duì)水力裂縫擴(kuò)展行為的影響,故建立數(shù)值模型,數(shù)值模型如圖2。

        圖2 數(shù)值模型Fig.2 Numerical model

        模型尺寸為1.0 m×1.0 m×1.0 m,模型中包含1 個(gè)垂向節(jié)理和2 個(gè)水平節(jié)理。其中,垂向節(jié)理則作為預(yù)置的水力裂縫,用以模擬水力裂縫的豎向擴(kuò)展;水平節(jié)理用來模擬2 個(gè)水平層理面,2 個(gè)層理面間距0.3 m。注入點(diǎn)設(shè)置在垂向節(jié)理面的中心位置,注入點(diǎn)距離2 個(gè)水平層理面的距離相等。為了提高計(jì)算精度,在節(jié)理面附近進(jìn)行網(wǎng)格加密。

        此外,為了排除其他影響因素對(duì)模擬結(jié)果的影響,模擬中的地應(yīng)力設(shè)置為均勻地應(yīng)力(σx=σy=σz=20 MPa),節(jié)理參數(shù)設(shè)定為固定值(抗拉強(qiáng)度為10 MPa,黏聚力為5 MPa,摩擦角為20°),地層的流體壓力設(shè)定為10 MPa。頁巖的物理力學(xué)參數(shù)設(shè)定值分別為:密度2 600 kg/m3,彈性模量20 GPa,泊松比0.25。

        3.2 數(shù)值模擬結(jié)果

        3.2.1 壓裂液黏度

        為探究壓裂液黏度對(duì)水力裂縫擴(kuò)展行為的影響規(guī)律,將注液速率設(shè)置為3 mL/s,分別模擬不同壓裂液黏度(10~100 mPa·s,)下水力裂縫的擴(kuò)展行為,不同壓裂液黏度時(shí)水力裂縫在豎向的擴(kuò)展行為(注液速率為3 mL/s)如圖3。

        圖3 不同壓裂液黏度時(shí)水力裂縫在豎向的擴(kuò)展行為(注液速率為3 mL/s)Fig.3 Vertical expansion behaviors of hydraulic fractures under different fracturing fluid viscosity conditions(liquid injection rate is 3 mL/s)

        從圖3 可以看出:當(dāng)壓裂液黏度不超過65 mPa·s 時(shí),水力裂縫未能穿過層理,且裂縫高度受到限制;當(dāng)壓裂液黏度不低于66 mPa·s 時(shí),水力裂縫穿過層理面并繼續(xù)豎向擴(kuò)展,且裂縫高度不受限制。這說明壓裂液黏度會(huì)影響水力裂縫的穿層能力,低黏度有利于水力裂縫轉(zhuǎn)向?qū)永頂U(kuò)展,而高黏度則有利于水力裂縫穿過層理。進(jìn)而分析可知,壓裂液黏度對(duì)水力裂縫穿層行為的影響主要包含3 點(diǎn):①壓裂液黏度會(huì)影響水力裂縫的分布形態(tài),較低的壓裂液黏度有利于水力裂縫轉(zhuǎn)向,沿著水平層里面擴(kuò)展,較高的壓裂液黏度則有利于水力裂縫的穿層,沿著豎向延伸;②壓裂液黏度會(huì)影響裂縫的開度,壓裂液黏度較低時(shí),裂縫開度較小且變化梯度較小,隨著壓裂液黏度的增加,裂縫開度也會(huì)隨之增加,裂縫開度的分布梯度也會(huì)隨之增大;③壓裂液黏度會(huì)影響水力裂縫在水平層理面內(nèi)的擴(kuò)展,較低的壓裂液黏度有助于水力裂縫沿水平層理面延伸,壓裂液黏度越低,裂縫沿水平層理面的延伸距離越大。

        3.2.2 注液速率

        為探究注液速率對(duì)水力裂縫穿層能力的影響規(guī)律,在注液速率為3 mL/s 的基礎(chǔ)上,模擬1 組注液速率為30 mL/s 時(shí)不同壓裂液黏度條件下水力裂縫的擴(kuò)展行為,并采用對(duì)比不同注液速率下水力裂縫在豎向的擴(kuò)展來對(duì)其進(jìn)行分析,不同壓裂液黏度時(shí)水力裂縫在豎向的擴(kuò)展行為(注液速率為30 mL/s)如圖4。

        圖4 不同壓裂液黏度時(shí)水力裂縫在豎向的擴(kuò)展行為(注液速率為30 mL/s)Fig.4 Vertical expansion behaviors of hydraulic fractures under different fracturing fluid viscosity conditions (liquid injection rate is 30 mL/s)

        從圖4 可以看出,當(dāng)注液速率為30 mL/s 時(shí),水力裂縫的穿層能力同樣表現(xiàn)出隨其壓裂液黏度的增加而增加的變化規(guī)律。此外,結(jié)合圖3 可知,注液速率為3 mL/s 時(shí)影響水力裂縫穿過層理的壓裂液黏度界限介于65~66 mPa·s 之間,而注液速率為30 mL/s 時(shí)影響水力裂縫穿過層理的壓裂液黏度界限則介于8~9 mPa·s 之間,這說明注液速率的增大,有效提高了水力裂縫的穿層能力,即大的注液速率更有利于水力裂縫穿過層理面。同時(shí),當(dāng)注液速率分別為3 mL/s 和30 mL/s 時(shí),壓裂液黏度為100 mPa·s 時(shí)的裂縫開度分別為0.24 mm和0.37 mm,這說明隨著注液速率的增大,裂縫開度也隨之增加。

        3.2.3 裂縫內(nèi)壓力分布

        在模型中布置4 個(gè)監(jiān)測水力裂縫內(nèi)壓力的觀測點(diǎn),以便分析裂縫內(nèi)的壓力分布特征。觀測點(diǎn)分布示意圖如圖5,其中,點(diǎn)1 為注入點(diǎn)所在位置,點(diǎn)4 位于豎向節(jié)理和橫向節(jié)理的相交線上。

        圖5 觀測點(diǎn)分布示意圖Fig.5 Distribution diagram of observation points

        不同壓裂液黏度及不同注液速率下,裂縫內(nèi)的壓力分布曲線如圖6。

        圖6 裂縫內(nèi)的壓力分布曲線Fig.6 Pressure distribution curves in fracture

        從圖6 可以看出:裂縫內(nèi)的壓力從注入點(diǎn)向外逐漸降低,且在點(diǎn) 1 到點(diǎn) 2 之間(0.00~0.05 m)壓力曲線的變化梯度最大,壓力降低較快;而隨著裂縫的不斷擴(kuò)展,向外側(cè)壓力衰減逐漸減慢;同時(shí)也可以看出,隨著壓裂液黏度和注液速率的上升,縫內(nèi)壓力逐漸上升,且分布越來越不均勻。

        4 結(jié) 語

        1)基于塊體離散元方法所建立的數(shù)值模型能夠有效計(jì)算含節(jié)理頁巖氣儲(chǔ)層水力壓裂過程中的裂縫擴(kuò)展問題。

        2)較低的壓裂液黏度和注液速率時(shí),裂縫內(nèi)壓力較低且分布比較均勻,水力裂縫更傾向于轉(zhuǎn)向?qū)永頂U(kuò)展;較高的壓裂液黏度和注液速率時(shí),裂縫內(nèi)壓力較高且分布差異大,此時(shí)水力裂縫更趨向于穿過層理面豎向擴(kuò)展。

        3)裂縫內(nèi)的壓力從注入點(diǎn)向外逐漸降低,且隨著裂縫的不斷擴(kuò)展,向外側(cè)壓力衰減逐漸減慢。

        猜你喜歡
        注液層理節(jié)理
        扣式電池自動(dòng)注液機(jī)方案設(shè)計(jì)
        新型蠶蛾研磨批量自動(dòng)加注器的研發(fā)應(yīng)用
        “疊壓供水”技術(shù)在地浸采鈾設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究
        鈾礦冶(2022年4期)2022-11-11 08:03:46
        原煤受載破壞形式的層理效應(yīng)研究
        煤礦安全(2021年11期)2021-11-23 01:10:36
        層狀千枚巖的斷裂特性
        新疆阜康白楊河礦區(qū)古構(gòu)造應(yīng)力場特征
        儲(chǔ)層非均質(zhì)性和各向異性對(duì)水力壓裂裂紋擴(kuò)展的影響
        特種油氣藏(2019年2期)2019-05-13 01:59:40
        新疆阜康白楊河礦區(qū)構(gòu)造節(jié)理發(fā)育特征
        中國煤層氣(2018年3期)2018-07-27 11:41:42
        Effect of Magnetic Field on Forced Convection between Two Nanofluid Laminar Flows in a Channel
        層理對(duì)巖石抗壓強(qiáng)度影響研究
        区一区一日本高清视频在线观看| 老师翘臀高潮流白浆| 亚洲欧美日韩一区在线观看| 丰满熟妇人妻av无码区| av免费在线播放观看| 亚洲精品无码专区在线在线播放| 东方aⅴ免费观看久久av| 青青草视频网站免费观看| 国产久久久自拍视频在线观看| 日韩在线永久免费播放| 无码任你躁久久久久久| 亚洲av影院一区二区三区四区| 伊人影院成人在线观看| 亚洲av无码无线在线观看 | 欧美极品少妇性运交| 久久久久久国产福利网站| 亚洲日本中文字幕乱码在线| 欧美精品videosex极品| 久久精品国产夜色| 国产一区二区高清不卡在线| 一区二区三区字幕中文| 亚洲av综合日韩| 亚洲色图视频在线观看网站 | 久久综合狠狠综合久久| 久久青草国产精品一区| 久久综合伊人有码一区中文字幕| 亚洲av日韩av永久无码下载| 欧美喷潮久久久xxxxx| 久九九久视频精品网站| 日本午夜精品一区二区三区| 亚洲国产成人片在线观看 | 熟女白浆精品一区二区| 一区二区亚洲精品在线| 免费观看又色又爽又黄的| 亚洲成a人片在线观看导航| 在线观看的a站免费完整版| 久久久久免费看成人影片| 最新亚洲人成网站在线| 亚洲人妻av综合久久| 国产又猛又黄又爽| 99久久婷婷国产综合亚洲91 |