武漢巖土所在裂隙巖體壓裂和滲流特性研究方面取得進展

　　精確表征壓裂前后儲層巖體中的裂隙結構，探索復雜裂隙結構與儲層壓裂改造、流體運移的內在關聯，是非常規油氣儲層改造與開發的核心科學問題。

　　中國科學院武漢巖土力學研究所油氣地下儲備與開發研究中心科研人員聯合武漢大學、重慶大學、深圳大學、遼寧工程技術大學相關研究人員，在裂隙巖體壓裂和滲流特性研究方面取得進展。（1) 提出了一種基于向量統計的粗糙裂縫量化表征和重建方法，結合FDEM發展了一套考慮裂隙粗糙特性的非均質儲層建模方法，形成了基于python語言的建模模塊（圖1）。建立了從相對均質到極端非均質儲層的粗糙離散裂縫網絡水力壓裂模型，對比分析了不同離散裂縫網絡的擴展演化特征，揭示了不同程度非均質模型中的應力平衡、最終裂縫形態和破壞模式的差異（圖2）。結果顯示：水力裂縫擴展受網格路徑、天然裂縫粗糙性和巖石彈性模量分布影響顯著。忽略天然裂縫的粗糙特征，可能高估人工裂縫穿透研究區域時間、拉伸比例因子和裂縫總長分別約20%、15%和18%。（2) 利用樹狀分叉裂縫網絡表征壓裂后的多尺度人工裂縫網絡，推導了點-線型和點-圓型樹狀分叉裂縫網絡的等效滲透率理論模型。在與數值模擬結果對比驗證的基礎上，分析了分叉裂縫網絡幾何參數對等效滲透率的影響（圖3和圖4）。結果表明：當寬度比大于高度比時，等效滲透率隨著主裂縫縱橫比的增加而增加，而當裂縫寬度比小于高度比時則相反。橢圓截面的等效滲透率小于矩形截面的等效滲透率，它們的差異隨著主裂縫縱橫比、寬度比和分叉級數的增加而增加，而隨著裂縫高度比的增加而減小。研究成果為SRV區域等效滲透率預測及壓裂改造的有效造縫形態評估提供了理論依據。

　　相關研究成果以“Comparative study on hydraulic fracturing using different discrete fracture network modeling: Insight from homogeneous to heterogeneity reservoirs”、“A study on equivalent permeability models for tree-shaped fractures with different geometric parameters”為題，分別發表在期刊Engineering Fracture Mechanics和Gas Science and Engineering上。研究工作獲得國家自然科學基金（52241602、51909225、42004036、52074044）等的資助。

　　論文鏈接：

　　https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2023.109274

　　https://doi.org/10.1016/j.jgsce.2023.204946

圖1. 粗糙離散裂隙巖體重建示意圖：(a)真實裂隙巖石及其處理后結果示意圖；(b)向量統計原理；(c)基于方向向量的單粗糙裂縫重建流程示意圖；(d)基于fisher分布和冪律分布及方向向量生長方法的隨機離散裂縫網絡重建流程示意圖　　 

圖2. 不同非均質程度儲層的地應力平衡和壓裂縫擴展結果：(a)地應力平衡結果；(b)壓裂縫擴展結果 　

圖3. 樹狀分叉裂縫中的流體流動示意圖：(a)壓裂后多尺度樹狀分叉裂縫示意圖；(b)點-線型分叉裂縫中的流體流動云圖；(c)點-圓型樹狀分叉裂縫中的流體流動云圖　　

　　圖4.不同樹狀裂縫網絡的等效滲透率模型驗證結果：(a)點-線型樹狀分叉裂縫網絡；(b)點-圓型樹狀分叉裂縫網絡