專業論文 | 基于ABAQUS子程序UAMP編程實現水平井分段多簇壓裂流量動態分配
作者：李金波
單位：東北石油大學
工程背景
(資料圖片)
隨著非常規油氣資源開發的興起，水平井分段多簇壓裂的作用愈加重要。為了實現致密儲集層高效開發，需采用水平井分段壓裂技術產生密集且垂直于井筒的多條橫切縫來擴大儲集層泄流面積。但生產測井數據表明，30%甚至更多的射孔簇對產量沒有貢獻。儲層的改造體積將顯著影響低滲透儲層增產效果，水平井壓裂段、簇數的不斷增加將使得油氣產量得到顯著提升。目前對水平井分段壓裂的裂縫間距及擴展規律缺乏足夠的認識，尤其缺乏對于流量動態分配的研究，這對于有效設計壓裂施工以獲得儲層最大化開采具有重要意義。
有限元模型
本模型基于流— 固耦合基本方程、裂縫起裂與擴展的損傷力學原理和流流量控制理論，根據平面應變假設，利用擴展有限元法（XFEM）建立三條裂縫同步擴展數值模型，見下圖。模型尺寸為400m×200m，四周位移邊界固定，地層參數以吉木薩爾蘆草溝組某井數據為例。
水平井多裂縫擴展數值模型
計算分為兩步，第一步平衡地應力，模擬儲層初始的賦存狀態，第二步，以總排量為9m3/min的速度注入壓裂液模擬水力壓裂過程。
有限元計算結果與結論
儲層的孔隙壓力分布及裂縫擴展形態，同時提取了壓力—流量曲線如圖所示。由圖可知在初始階段，內側裂縫的縫內壓力稍大于外側裂縫，對于壓裂液的阻力較大，使外側裂縫的注入流量大于內側裂縫，隨著壓裂液注入，內外裂縫的壓力出現明顯差異，內側裂縫壓力遠大于外側裂縫，而注入流量遠小于外側裂縫，在注入流量差異和縫間干擾的作用下，內側裂縫受到抑制，外側裂縫擴展較快而發生偏轉，三縫同步擴展時壓力與流量成反比例關系，與流量分配控制的原理規律相符，因此證明了子程序編程的正確性。
儲層裂縫形態
壓力—流量曲線
當裂縫近間距擴展時，由于縫間干擾應力，使得地應力場發生不同程度的偏轉，中間裂縫受到抑制，外側裂縫發生偏轉現象。同時縫間干擾使得三條裂縫的縫內壓力值出現差異，中間裂縫受到來自兩側裂縫的應力，縫內壓力較大，使其對于壓裂液注入的阻力增加而導致流量減小，使中間裂縫的擴展受到抑制。隨著裂縫間距的增加，縫間干擾減小，三條裂縫呈現均勻擴展的形態，30m-40m的間距較為合適，使多個裂縫在保證施工安全的情況下均勻有效地擴展。
不同間距裂縫擴展形態
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