基于Abaqus页岩压裂裂缝扩展规律研究

高纪超

摘 要：超临界二氧化碳因其具有高密度，低粘度特点，在压裂时既能够产生足够高的井底压力，也容易扩散进入岩石孔隙。超临界二氧化碳进入到岩石内部孔隙之后，对于岩石物性有着较强影响作用。采用Abaqus有限元软件进行压裂模拟，研究超临界二氧化碳射流致裂地层的规律。

关键词：岩石渗流；规律分析；讨论

1 岩石渗流-应力耦合模型

压裂施工利用外力破坏目的层的岩石，使其产生高效导流裂缝。地层压裂的过程流体渗流和岩石变形之间存在着耦合关系，即渗流-应力耦合。本文采用Drucker-prager硬化准则来描述多孔介质压裂过程中的耦合现象。

1.1 Cohesive单元

Cohesive单元内聚力模型能够用来模拟油层压裂施工中的裂缝起裂和扩展过程。流体在Cohesive单元中的流动分为切向流动和垂直于裂缝表面的流动。前者表示压裂液在裂缝内的运移，后者表示压裂液的滤失。

1.2 物理模型

假定储层为均质、各项同性的致密页岩，上下面被泥岩覆盖。储层深度范围设定为2005m～2020m，平面尺寸为400×400m。裂缝扩展部分采用Cohesive單元，网格划分选取COH3D8P；储层和上下盖层网格划分选取C3D8RP。施工排量设定为15bpm，压裂液粘度为100MPa·S。裂缝部分的Cohesive单元起裂准则设定为二次牵引交互失效准则，裂缝扩展准则为基于能量的混合模式，其临界能量释放率设定为 。

1.3 岩石物性设定

采用超临界二氧化碳射流压裂岩层，岩石的物性在流体介质的影响下会发生改变。将页岩标本在30MPa，60℃实验条件下浸泡2小时，其岩石物性发生明显变化。……