水力压裂裂缝三维扩展ABAQUS数值模拟研究_张汝生

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1、第34卷第6期石油钻采工艺Vol.34No.62012年11月OILDRILLING&PRODUCTIONTECHNOLOGYNov.2012文章编号：1000−7393（2012）06−0069−04水力压裂裂缝三维扩展ABAQUS数值模拟研究张汝生　王　强　张祖国　孙志宇　林　鑫（中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院，北京　100083）引用格式：张汝生，王强，张祖国，等.水力压裂裂缝三维扩展ABAQUS数值模拟研究［J］.石油钻采工艺，2012，34（6）：69-72.摘要：油井岩石的

2、水压致裂过程是多孔介质下的流固耦合过程。建立了水力压裂流体渗流连续性方程与岩石变形应力平衡方程，引入了二次正应力裂纹起裂及临界能量释放率裂缝延伸准则，考虑流体在裂缝面横向、纵向流动，采用有限元计算软件ABAQUS中的Soil模块模拟岩石水力压裂的三维复合裂缝起裂与扩展。通过其黏结单元设定裂缝延伸方向，编写用户子程序并嵌入ABAQUS主程序中，以确定初始地应力场、渗流场、随深度变化的孔隙度及随时间变化的滤失系数。从数值模拟结果可以得到水力压裂泵注不同时刻裂缝几何形态、缝内压力分布、岩石变形及其应力分

3、布、孔隙压力分布、压裂液滤失量以及压裂液流体特性、排量、上下隔层应力差、滤失系数等参数对裂缝几何尺寸的影响。关键词：水力压裂；裂缝扩展；流固耦合；ABAQUS有限元；数值模拟中图分类号：TE319　　　文献标识码：AResearchofABAQUSnumericalsimulationof3DfracturepropagationinhydraulicfracturingprocessZHANGRusheng,WANGQiang,ZHANGZuguo,SUNZhiyu,LINXin（SINOPEC

4、Exploration&ProductionResearchInstitute,Beijing100083,China）Abstract:Thehydraulicfracturingtreatmentinoilwellisaprocessofsolid-fluidcouplinginporousmedium.Inthispaper,con-tinuityequationofhydraulicfracturingfluidseepageandstressequilibriumequationofro

5、ckdeformationareestablished,thecriterionforfractureinitiationofquadraticnominalstressandfracturepropagationofcriticalenergyreleaserateisintroduced,horizontalflowandverticalflowoffluidalongfractureisconsidered,andtheSoilmoduleinfiniteelementtoolABAQUSi

6、sappliedtostimulate3Dcompositefractureinitiationandpropagationinhydraulicfracturing.Thecohesiveelementisusedtopre-definethefracturepath,andthecorrespondingusersubroutinesarealsodevelopedandembeddedintoABAQUStodeterminetheinitialin-situstressfield,seep

7、agefield,depth-dependentporosityandtime-relatedlosscoefficient.Theresultofnumericalsimulationcanshowfracturegeometry,fluidpressuredistributionalongfracture,rockdeformationandstressdistribution,porepressuredistributionandfluidlossatdifferenttimepointso

8、fpumpinginhydraulicfracturing.Apartfromthat,theinfluenceoffluidproperties,volume,interlayerstressdifferenceandlosscoefficientonfracturegeometryisanalyzed.Keywords:hydraulicfracturing;fracturepropagation;solid-fluidcoupling;ABAQUSfiniteelement;