考虑流-固-热耦合的水力压裂相场模型研究

随着浅层油气资源的逐渐枯竭，对深部地下储层的勘探开发已成为保障社会能源供应的必然要求。深部储层具有地应力大、地温较高的特点。本文提出了一种基于有限元方法的流-固-热(THM)耦合相场模型，并通过基准算例测试验证了其准确性。模型考虑了地应力和温度的影响，采用分步求解方法(Staggered Scheme)和固定应力分解法(Fixed-stress split)求解多场耦合方程。在开源有限元软件OpenGeoSys 中，先对单孔压裂模型进行水力压裂模拟，随后进行多孔模型水力压裂模拟。在单孔模型中，当施加较大的地应力差(最大水平应力与最小水平应力之差)时，水力裂缝相较较小地应力差情况将扩展更长。温度影响主要体现在水力裂缝开度及扩展长度上，较高温差下水力裂缝开度相较等温情况更大，裂缝扩展长度也更长。多孔压裂模型的数值模拟结果表明，枯竭生产井引起的非均质地应力对水力裂缝扩展路径的影响较小，基本不改变水力裂缝原有扩展路径。同时，多个射孔的同时同时注水压裂导致应力阴影效应，相邻射孔的水力裂缝扩展产生竞争，部分裂缝扩展受到抑制。