题目：人工裂缝与非连通天然裂缝相交时裂缝扩展机理
板块：ABAQUS
内容：
1、非连通型裂缝扩展模型建立
水力裂缝和非连通天然裂缝的相交使储层中水力裂缝扩展的情况复杂。水力裂缝和天然裂缝相交有三种情况：（1）天然裂缝对水力裂缝扩展没有影响，水力裂缝仍然沿最大水平主应力扩展。（2）水力裂缝被阻止，流体被完全截断到天然裂缝面。（3）水力裂缝被阻止，流体被完全截断到天然裂缝面。
为进一步分析人工裂缝与天然裂缝的扩展机理，应用粘聚区模型，建立了人工裂缝与天然裂缝相交的数值模拟模型。应用X区块岩石力学参数测试实验参数，压裂液为不可压缩牛顿流体，注入速度恒定。水力压裂过程为对称模型，为提高计算速度，建立1/2模型，模型尺寸为20m20m，射孔位置为边界中心，最大水平主应力为垂直方向，最小水平主应力为水平方向，岩石属性及储存特征见表1，实体部分采用孔隙流体（CPE4P）网格，裂缝选择考虑渗滤的粘聚力单元(COH2D4P)网格。对裂缝相交区域进行局部加密，划分网格16782个，具体见表1和图1。
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输入参数 |
值 |
输入参数 |
值 |
|---|---|---|---|
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地层深度（m） |
1648m |
岩石抗拉强度（MPa） |
4.8 |
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杨氏模量（GPa） |
22 |
岩石密度（kg/m3） |
2300 |
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泊松比 |
0.3 |
注入速度（m3/min） |
6 |
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地层压力（MPa） |
17 |
压裂液粘度（mPa·s） |
100 |
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最大水平主应力（MPa） |
30 |
初始射孔长度（m） |
2 |
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最小水平主应力（MPa） |
27 |
裂缝角度（°） |
90 |
2、天然裂缝形态
由于天然裂缝的胶结程度较低，抗拉强度低于岩石，当人工裂缝与天然裂缝相交时，裂缝扩展路径受天然裂缝的影响。当天然裂缝张开后，天然裂缝的角度影响地应力分布及裂缝中压裂液重分配。为进一步分析天然裂缝角度对裂缝形态的影响，建立了人工裂缝与非连通型天然裂缝夹角为30°，60°，90°时的裂缝扩展模型，人工裂缝与天然裂缝相交裂缝扩展形态见图3。
如图所示，随着压裂液注入，人工裂缝与非连通型天然裂缝相遇，天然裂缝逐步开启。在人工裂缝扩展阶段，非连通型天然裂缝角度对人工裂缝影响不明显。在过度阶段，形成明显不同的应力场分布；非连通型天然裂缝开启阶段，形成不同的应力尖端集中及应力场分布。由此可知，不同天然裂缝角度影响天然裂缝开启方式及天然裂缝附近应力场分布。当夹角为30度和60度时，非连通型天然裂缝左侧裂缝先开启，并形成不对称应力分布。当夹角为90度时，非连通型天然裂缝两侧同时开启，形成对称的应力分布。绘制不同夹角情况，人工裂缝形态及天然裂缝形态对比图，如图4。
如图4所示，裂缝夹角影响人工裂缝扩展形态，当角度为30度时，人工裂缝注入口处宽度角度，裂缝尖端宽度较小，当角度为90度时，人工裂缝注入口处裂缝宽度较小，尖端处宽度较大。说明随着角度的增大，利于人工裂缝的扩展。