武汉岩土所在裂隙岩体压裂和渗流特性研究方面取得进展

　　精确表征压裂前后储层岩体中的裂隙结构，探索复杂裂隙结构与储层压裂改造、流体运移的内在关联，是非常规油气储层改造与开发的核心科学问题。

　　中国科学院武汉岩土力学研究所油气地下储备与开发研究中心科研人员联合武汉大学、重庆大学、深圳大学、辽宁工程技术大学相关研究人员，在裂隙岩体压裂和渗流特性研究方面取得进展。（1) 提出了一种基于向量统计的粗糙裂缝量化表征和重建方法，结合FDEM发展了一套考虑裂隙粗糙特性的非均质储层建模方法，形成了基于python语言的建模模块（图1）。建立了从相对均质到极端非均质储层的粗糙离散裂缝网络水力压裂模型，对比分析了不同离散裂缝网络的扩展演化特征，揭示了不同程度非均质模型中的应力平衡、最终裂缝形态和破坏模式的差异（图2）。结果显示：水力裂缝扩展受网格路径、天然裂缝粗糙性和岩石弹性模量分布影响显著。忽略天然裂缝的粗糙特征，可能高估人工裂缝穿透研究区域时间、拉伸比例因子和裂缝总长分别约20%、15%和18%。（2) 利用树状分叉裂缝网络表征压裂后的多尺度人工裂缝网络，推导了点-线型和点-圆型树状分叉裂缝网络的等效渗透率理论模型。在与数值模拟结果对比验证的基础上，分析了分叉裂缝网络几何参数对等效渗透率的影响（图3和图4）。结果表明：当宽度比大于高度比时，等效渗透率随着主裂缝纵横比的增加而增加，而当裂缝宽度比小于高度比时则相反。椭圆截面的等效渗透率小于矩形截面的等效渗透率，它们的差异随着主裂缝纵横比、宽度比和分叉级数的增加而增加，而随着裂缝高度比的增加而减小。研究成果为SRV区域等效渗透率预测及压裂改造的有效造缝形态评估提供了理论依据。

　　相关研究成果以“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”为题，分别发表在期刊Engineering Fracture Mechanics和Gas Science and Engineering上。研究工作获得国家自然科学基金（52241602、51909225、42004036、52074044）等的资助。

　　论文链接：

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

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

图1. 粗糙离散裂隙岩体重建示意图：(a)真实裂隙岩石及其处理后结果示意图；(b)向量统计原理；(c)基于方向向量的单粗糙裂缝重建流程示意图；(d)基于fisher分布和幂律分布及方向向量生长方法的随机离散裂缝网络重建流程示意图　　 

图2. 不同非均质程度储层的地应力平衡和压裂缝扩展结果：(a)地应力平衡结果；(b)压裂缝扩展结果 　

图3. 树状分叉裂缝中的流体流动示意图：(a)压裂后多尺度树状分叉裂缝示意图；(b)点-线型分叉裂缝中的流体流动云图；(c)点-圆型树状分叉裂缝中的流体流动云图　　

　　图4.不同树状裂缝网络的等效渗透率模型验证结果：(a)点-线型树状分叉裂缝网络；(b)点-圆型树状分叉裂缝网络