基于相场法量化段内多裂缝干扰程度

尚子琛; 张荔; 张建军; 颜廷巍; 王博

doi:10.12404/j.issn.1671-1815.2407120

科学技术与工程 ›› 2026, Vol. 26 ›› Issue (1) :142-150 DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2407120

石油、天然气工业

基于相场法量化段内多裂缝干扰程度

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Investigation into Interference Degree of Multiple Fractures within One Stage Based on Phase Field Method

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摘要

水平井段内多簇压裂存在缝间干扰和改造不均衡的问题,量化段内多裂缝干扰程度对优化压裂方案和评估压裂改造效果至关重要。基于相场方法建立了流固耦合的段内多裂缝扩展模型。基于该模型,研究了段内簇数、缝间距两个关键参数影响下段内多裂缝扩展形态。创新性地提出以偏转距离、压缩/张性区面积及缝内流体压力差作为指标,用于量化缝内干扰程度。研究结果表明:段内簇数增加显著抑制中间裂缝扩展,导致两侧裂缝偏转距离降低;缝间距增加,两侧裂缝偏转程度降低;簇数与缝间距增加均显著缩减压缩区面积;缝内流体压力差随簇数增加而上升(3~5簇升幅约3.28 MPa),但随缝间距增大而下降(15~25 m降幅约7.26 MPa)。研究揭示了多裂缝竞争扩展机制,提出段簇优化需平衡裂缝扩展范围与应力干扰效应,并结合现场施工案例进行了验证,为水平井压裂参数设计提供了理论依据。

Abstract

There are problems of inter-fracture interference and unbalanced modification in multi-cluster fracturing within the horizontal well section. Quantifying the degree of multi-fracture interference within the section is crucial for optimizing the fracturing plan and evaluating the effect of fracturing modification. An intra-segment multi-fracture propagation model of fluid-solid coupling was established based on the phase field method. Based on this model, the influences of cluster number and fracture spacing on fracture propagation patterns were studied. Innovatively, it is proposed to take the deflection distance, the area of the compression/tension zone and the pressure difference of the fluid in the fracture as indicators to quantify the degree of inter-fracture interference. The research results show that the increase in the number of clusters within the segment significantly inhibits the propagation of the middle fracture, resulting in a decrease in the deflection distance of the fractures on both sides. When the fracture spacing increases, the deflection degree of the fractures on both sides decreases. Both the increase in the number of clusters and the fracture spacing significantly reduced the area of the compression zone. The fluid pressure difference within the fracture increases with the increase in the number of clusters (an increase of approximately 3.28 MPa from 3 clusters to 5 clusters), but decreases with the increase in the fracture spacing (a decrease of approximately 7.26 MPa from 15 m to 25 m). The research reveals the multi-fracture competitive propagation mechanism, proposes that the optimization of segment clusters needs to balance the fracture propagation range and the stress interference effect, and is verified in combination with on-site construction cases, providing a theoretical basis for the design of fracturing parameters in horizontal wells.

Graphical abstract

关键词

相场法 / 流固耦合 / 裂缝扩展 / 水力压裂

Key words

phase field method / fluid-solid coupling / fracture propagation / hydraulic fracturing

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尚子琛, 张荔, 张建军, 颜廷巍, 王博. 基于相场法量化段内多裂缝干扰程度[J]. 科学技术与工程, 2026, 26(1): 142-150 DOI:10.12404/j.issn.1671-1815.2407120

SHANG Zi-chen, ZHANG Li, ZHANG Jian-jun, YAN Ting-wei, WANG Bo. Investigation into Interference Degree of Multiple Fractures within One Stage Based on Phase Field Method[J]. Science Technology and Engineering, 2026, 26(1): 142-150 DOI:10.12404/j.issn.1671-1815.2407120

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非常规油气储层普遍低孔、低渗、低丰度,段内多簇压裂通过缩小簇间距实现储层密切割,通过增加段内簇数缩小作业次数,因此该技术是实现非常规油气开发降本增效的关键。段内多簇压裂过程中,段内簇数、簇间距一方面影响压裂整体改造效果,另一方决定缝间干扰程度。量化缝间干扰程度对优化段簇组合方案至关重要。国内外学者通过室内物模实验和数值模拟两个方面研究了段内多簇裂缝扩展规律。室内物理实验能够直观展示水力裂缝的动态扩展规律。由于尺度限制,实验结果与实际压裂效果具有一定差异。数值模拟是研究段内多裂缝扩展规律的主流方法。Zhao等^[1]采用Python编程构建了非均质性储层,建立了全局嵌入内聚元有限模型,研究了地应力差、注入速率、裂缝间距和裂缝簇数对非均质储层多裂缝扩展的影响。Ran等^[2]基于扩展有限元方法,建立了结合岩石损伤、应力应变和流体流动的水力裂缝扩展模型,并定量分析了地应力差和段簇间距对裂缝扩展的影响。Zhao等^[3]建立了多水力裂缝扩展的数学模型,利用该模型研究了射孔簇数、段簇间距、射孔直径对裂缝扩展形态、裂缝宽度、各裂缝流量和应力场的影响。

目前主流数值模拟方法主要包括:有限元法、离散元法、位移不连续法等。相场法作为一种新兴方法,通过引入一个连续的相场变量来描述材料的断裂状态,该变量在裂缝区域取值为1,在完整区域取值为0。该方法利用相场的变量实现裂缝的开启和扩展,与传统算法相比,无需预先定义裂缝路径,即可模拟裂缝的复杂路径和分支^[4]。Bourdin等^[5]在前人模型的基础上^[6],建立了考虑裂缝面均匀压力影响的相场模型。Yoshioka等^[7]分别用零相场值研究了天然裂缝对水力裂缝的影响,包括水力裂缝通过天然裂缝时的偏移情况,以及4种不同倾角天然裂缝之间的复杂相互作用。Mikelić等^[8]和Wheeler等^[9]将相场法(phase field method,PFM)应用于水力压裂模型,并考虑了多孔弹性效应,耦合流体压力、固体位移和损伤场对水力裂缝的扩展进行了综合求解。Mikelić等^[10]模拟了水力裂缝与天然裂缝相交扩展规律。Miehe等^[11]基于前人研究成果,模拟了段内4条裂缝三维扩展过程。路千里等^[12]总结了基于相场法的水力裂缝扩展算法研究和应用现状,认为相场法的研究有利于非常规油气储层改造技术的发展。衡德等^[13]建立了宁209X1立体井组水力压裂复杂裂缝扩展数值模型,模拟了该平台4口的压裂裂缝形态,并对井间压裂裂缝干扰机理进行了分析。安果涛等^[14]利用离散元分析方法,考虑井周煤岩应力变化特征、最大周向应力准则、原始储层等条件,研究了射孔间距-倾角对压裂缝网扩展形态及延伸范围的影响规律。景东阳等^[15]以鄂尔多斯盆地L井F12地层为例,采用Abaqus有限元软件进行了模拟计算,研究了施工过程中的排量以及压裂液黏度对裂缝垂面扩展规律的影响。李明耀等^[16]利用相场法从细观力学尺度预测和分析了岩石三点弯曲时内部裂纹的起裂、扩展和贯通的破坏过程,分析了矿物颗粒的位置分布和能量释放率等参数对裂纹扩展行为的影响规律。

综上,量化缝间干扰程度对优化水平井分段压裂段簇组合至关重要,前人采用多种方法模拟了裂缝扩展形态,但对缝间干扰程度尚未开展量化研究。现采用相场法建立了流-固耦合段内多裂缝扩展模型,重点研究段簇组合中段内簇数、簇间距两个关键参数对裂缝扩展的影响,提出偏转距离、压缩张性区范围和缝内流体压力3个指标,用于量化缝间干扰程度,研究成果将为段簇组合优化奠定一定的理论基础。

1 相场模型

1.1 脆性断裂理论

断裂相场法^[17]是基于Griffith提出的能量断裂理论。在该理论框架中,裂缝扩展的条件是释放的变形能量超过其所需的最小能量阈值。如图1所示,弹性体Ω⊂R^d,d∈{1,2,3},其外边界和内边界分别记为∂Ω和Γ,x为位置向量,u(x,t)⊂R^d为位移向量,该弹性体Ω满足以下边界条件:Dirichlet边界条件[u_i(x,t)=g_i(x,t),∂Ω_gi∈Ω]和Neumann条件(∂Ω_hi∈Ω);此外,b(x,t)⊂R^d为施加在弹性体上的面力,f(x,t)为在边界∂Ω_hi∈Ω上的牵引力。

基于相场法建立的水力裂缝扩展模型中,单位面积产生断裂所需的能量被称为临界能量释放率G_c。假定材料为线弹性且各向同性,裂缝扩展过程中的能量包括弹性能、流体压力能、断裂能以及外部作用力所做的功^[18],表达式为

(1)$\begin{aligned} \Psi(\boldsymbol{u}, p, \Gamma)= & \int_{\Omega \backslash \Gamma} \psi_{\varepsilon}(\varepsilon) \mathrm{d} \Omega-\int_{\Omega} \alpha p(\nabla \boldsymbol{u}) \mathrm{d} \boldsymbol{\Omega}+ \\ & \int_{\Gamma} G_{\mathrm{c}} \mathrm{~d} \Gamma-\int_{\partial \boldsymbol{\Omega}} \boldsymbol{f} \boldsymbol{u} \mathrm{d} S-\int_{\Omega} \boldsymbol{b} \boldsymbol{u} \mathrm{d} \boldsymbol{\Omega} \end{aligned}$

式(1)中:Ω\Γ表示在计算弹性能时,排除已经开裂、不再承受应力的部分;ψ_ε(ε)和G_c分别为弹性能密度和临界能量释放率;α、p、f、b分别为Biot系数、流体压力(Pa)、牵引力(N)以及面力(Pa)。

线性应变张量ε=ε(u),公式为

(2)${\epsilon }_{ij}=\frac{1}{2}\left(\frac{\partial {u}_{i}}{\partial {x}_{j}}+\frac{\partial {u}_{j}}{\partial {x}_{i}}\right)$

弹性能量密度ψ_ε(ε)由Miehe等^[19]给出,公式为

(3)$ \psi_{\varepsilon}(\varepsilon)=\frac{1}{2} \lambda \varepsilon_{i i} \varepsilon_{j j}+\mu \varepsilon_{i j} \varepsilon_{i j} $

变分方法表明,在区域x∈Ω内,当势能达到最小值且满足不可逆条件Γ(x,s)∈Γ(x,t)(s<t)时,裂缝Γ(x,t)在时间区间t∈(0,T)出现起裂、扩展和分支现象。

1.2 能量控制方程

通过引入一个标量相场,实现了脆性断裂理论处理裂缝问题的变分方法。该标量相场φ(x,t)∈[0,1]用于近似表示裂缝的开合状态,其中φ=1表示裂缝完全开裂,φ=0表示裂缝未开裂。

Miehe等^[19]给出了一个用指数函数近似的典型一维相场,如图2所示。表达式为

(4)$\varphi \left(x\right)={\mathrm{e}}^{\frac{-\left|x\right|}{{\mathrm{l}}_{0}}}$

式(4)中:l₀为一个控制相场为0~1过渡的参数,表示裂缝区域的宽度。

张梦雨等^[20]给出了固体单位体积的裂缝表面密度表达式为

(5)$ \gamma(\phi, \nabla \phi)=\frac{\phi^{2}}{2 l_{0}}+\frac{l_{0}}{2} \nabla \phi \cdot \nabla \phi$

因此,可以推导出裂缝面的断裂能近似表示为

(6)$ \begin{aligned} \psi_{\mathrm{f}} & =\int_{\Gamma} G_{\mathrm{c}} \mathrm{~d} \Gamma \approx \int_{\Omega} G_{\mathrm{c}} \gamma \mathrm{~d} \Omega \\ & =\int_{\Omega} G_{\mathrm{c}}\left(\frac{\phi^{2}}{2 l_{0}}+\frac{l_{0}}{2} \nabla \phi \cdot \nabla \phi\right) \mathrm{d} \Omega \end{aligned}$

岩石在压应力作用下不会产生新裂缝,只有处在拉伸状态时才会产生新的裂缝并扩展,且扩展时已张开的裂缝不会重新闭合。为了实现这一条件,定义了一个函数g(φ)并将其运用至弹性能公式中,以此保证裂缝扩展过程中不会出现退化现象,弹性能公式变为

(7)$\begin{aligned} \psi_{\varepsilon}(\varepsilon) & =\int_{\Omega \backslash \Gamma} \psi_{\varepsilon}(\varepsilon) \mathrm{d} \Omega \\ & =\int_{\Omega}\left[g(\phi) \psi_{\varepsilon}^{+}(\varepsilon)+\psi_{\varepsilon}^{-}(\varepsilon)\right] \mathrm{d} \Omega \end{aligned}$

式(7)中:g(φ)=(1-k)(1-φ)²+k为刚度退化函数,表示当材料发生断裂时,即φ趋向于1,此时拉伸弹性能逐渐消失,k为稳定系数,是避免数值奇异的模型参数,0<k≪1。

1.3 相场控制方程

将式(6)和式(7)代入式(1)中,能量泛函式为

(8)$\begin{aligned} L= & \int_{\Omega}\left[g(\phi) \psi_{\varepsilon}^{+}(\varepsilon)+\psi_{\varepsilon}^{-}(\varepsilon)\right] \mathrm{d} \Omega- \\ & \int_{\Omega} \alpha p \cdot(\nabla \cdot \boldsymbol{u}) \mathrm{d} \Omega+ \\ & \int_{\Omega} G_{\mathrm{c}}\left(\frac{\phi^{2}}{2 l_{0}}+\frac{l_{0}}{2} \nabla \phi \cdot \nabla \phi\right) \mathrm{d} \Omega- \\ & \int_{\partial \Omega_{h j}} \boldsymbol{f}_{i} \cdot \boldsymbol{u} \mathrm{~d} S-\int_{\Omega} b_{i} u_{i} \mathrm{~d} \Omega \end{aligned}$

在势能达到最小值时裂缝扩展,为保证水力裂缝扩展过程的不可逆性,引入一个历史应变场参数^[19-20]。

1.4 流体流动方程

在模拟多孔介质内的流体流动时,假设孔隙内的流体可压缩且具备黏性特性,为反映不同区域的物理行为和响应模式,以不同的破裂程度为标准将基质划分为两个区域:过渡域,涵盖了从初始状态到裂缝开始的区域;裂缝域,即实际产生裂缝的区域。此模型将基质划分为3个不同区域:储层域、过渡域和裂缝域,3个区域渗透率系数遵循式(9) ^[21],表达式为

(9)$\left\{\begin{array}{l}{X}_{\mathrm{r}}(·,\varphi )=\left\{\begin{array}{ll}1,& x\le {c}_{1}\\ \frac{{c}_{2}-x}{{c}_{2}-{c}_{1}},& {c}_{1}<x<{c}_{2}\\ 0,& x\ge {c}_{2}\end{array}\right.\\ {X}_{\mathrm{f}}(·,\varphi )=\left\{\begin{array}{ll}0,& x\le {c}_{1}\\ \frac{x-{c}_{1}}{{c}_{2}-{c}_{1}},& {c}_{1}<x<{c}_{2}\\ 1,& x\ge {c}_{2}\end{array}\right.\end{array}\right.$

式(9)中:c₁和c₂为相场阈值;X_r和X_f为两个指标函数。

流体流动过程的能量守恒方程为

(10)$\left\{\begin{array}{l} \rho S \frac{\partial P}{\partial t}+\nabla \cdot(\rho \boldsymbol{v})=q_{m}-\rho \alpha X_{r} \frac{\partial(\nabla \cdot \boldsymbol{u})}{\partial t} \\ \boldsymbol{v}=-\frac{K}{\mu} \nabla p \end{array}\right.$

式(10)中:ρ、S、v、q_m、K、μ分别为流体密度、储层系数、流速、源项、渗透率和流体动力黏度,单位分别为kg/m³、Pa^-1、m/s、kg/(m³·s)、m²、Pa·s。

2 相场法模拟结果验证

为验证数值模型的可靠性,参数设定参考Abass等^[22]物理模拟实验,建立了迂曲裂缝扩展模型,模型大小为1.8 m×1.8 m,射孔方位角θ=60°,射孔长度与井筒直径与物模实验相同,上覆应力σ_v、水平最大主应力σ_H、水平最小主应力σ_h分别为20.7、17.2、9.6 MPa,其他参数如表1所示。

由图3可知,当t=15 s时,初始裂缝扩展并出现轻微偏转,随着流体的持续注入,当t=30 s时,裂缝向最大主应力方向扩展。将数值模拟结果与实验结果对比,如图4所示,基于相场法得到裂缝扩展轨迹与实验中裂缝扩展路径基本一致,验证了数值模拟方法的可靠性。

3 段内多裂缝干扰程度模拟分析

3.1 模型建立

基于相场方法建立了段内多裂缝扩展数值模型。模型尺寸为100 m × 100 m,网格最大单元大小0.25 m,网格总数为17万,边界单元数为6 000。为避免刚体位移,限制模型边界位移条件。为降低边界对裂缝扩展结果的影响,将多条初始裂缝预置在模型中部。模型初始应力为30 MPa,岩石弹性模量为60 GPa,临界能量释放率30 000 N/m,基质渗透率为1 mD,裂缝泵注流量为0.8 m²/s。基于该模型,重点探究了段内多条裂缝扩展过程中裂缝形态、应力场分布和流体压力分布特征,以及缝间距和段内簇数对多裂缝扩展干扰程度的影响规律。

3.2 段内簇数对缝间干扰程度的影响

3.2.1 偏转距离

参考Zhang等^[23]提出的“转向半径”的概念,定义了“偏转距离”用于量化缝间干扰程度,偏转距离即为缝尖单元至模型中心垂线的距离与初始缝间距之差(图5)。偏转距离越大,表示缝间干扰程度越强,压裂施工难度越大。

设定簇间距为15 m,图6分别展示了单段3簇、4簇和5簇时裂缝扩展相场图。可以看出,中间裂缝沿直线扩展,两侧裂缝迂曲扩展。原因在于,高压泵注流体挤压岩石,产生了附加应力,在缝尖处最大主应力方向发生改变,缝尖单元出现转向扩展。对比段内3簇、4簇和5簇裂缝的扩展情况,当单段注入量相同时,增加段内簇数,中间裂缝扩展受到抑制作用增强,导致中间裂缝扩展形态短而窄,而两侧裂缝偏转程度发生变化,裂缝扩展长度影响改造体积范围,而偏转程度影响支撑剂加入难易程度。进一步测量段内不同簇数下两侧裂缝端部裂缝偏转距离,单段3簇、4簇、5簇时两侧裂缝端部裂缝偏转距离分别为16.12、14.91和14.41 m,偏转距离降低幅度为7.51%和10.61%。随着裂缝簇数的增加,两侧裂缝的偏转距离逐渐减小,原因在于,簇数增加,两侧裂缝与中心裂缝间距离增大,受中心裂缝排斥作用减弱,降低了应力干扰程度。

3.2.2 应力场分布

图7给出了段内3簇裂缝扩展过程中最小水平主应力分布情况,可以看出,裂缝周围的应力明显增大,裂缝张开挤压岩石,产生的诱导应力导致裂缝中心区域形成应力压缩区,压缩区域内岩石受到压剪效应,易于产生剪切缝,从而形成高渗带。由于缝内高压流体的作用,裂缝张开,在裂缝尖端区域形成了应力张性区。该区域内岩石受到拉张作用,易于产生张性裂缝,从而形成高渗带。

压缩区对应岩石的压剪破坏,张性区对应拉伸破坏,二者面积变化可定量表征应力干扰对储层改造范围的影响^[24]。图8所示分别为单段3簇、4簇和5簇情况下裂缝周围压缩区和张性区的分布情况,3种情况下,压缩区的面积分别是4 636.41、3 272.43和2 812.31 m²,降低幅度为29.42%和39.34%。随着裂缝数量的增加,压缩区和张性区的范围逐渐减小。原因在于,裂缝数量增加,岩石所受应力场抵消作用增强,缝间的应力干扰程度降低,减小了压缩区和张性区的范围。

3.2.3 缝内流体压力分布

裂缝扩展过程中,缝内流体逐渐向裂缝尖端流动,由于缝内摩阻的影响,缝内流体压力从缝口至缝端逐渐减小。图9给出了段内3簇时各裂缝缝口注入压力曲线图,随着泵注时间的增大,中间裂缝注入压力明显高于两侧裂缝,表明中间裂缝扩展难度高于两侧裂缝。

根据应力场叠加效应及裂缝扩展方程,缝内流体压差反映裂缝扩展的难易程度,压力差越大表明缝间裂缝扩展越难,缝间干扰越显著^[25]。因此,以缝内流体最大压差表征裂缝受缝间干扰影响程度,图10给出了段内3簇、4簇、5簇时缝内流体压力分布图,3种情况下中间裂缝与两侧裂缝缝内流体最大压差分别为36.49 MPa和32.94 MPa,38.65 MPa和34.71 MPa,39.77 MPa和35.36 MPa。可以看出,随着段内簇数的增加,中间裂缝与两侧裂缝缝内流体最大压差逐渐增大,原因在于,增加裂缝条数引起泵注压力和缝间干扰应力增加,裂缝扩展难度增大,从而导致缝内流体最大压差增加。

3.3 缝间距对缝间干扰程度的影响

3.3.1 偏转距离

设定段内簇数为3簇,图11分别展示了缝间距为15、20和25 m时裂缝扩展相场图。可以看出,中间裂缝扩展形态相近,两侧裂缝迂曲程度降低。原因在于,缝间距降低了两侧裂缝对中间裂缝扩展的抑制作用,同时也降低了中间裂缝对两侧裂缝偏转的影响程度。进一步测量段内不同缝间距下两侧裂缝端部裂缝偏转距离,缝间距15、20、25 m时两侧裂缝端部裂缝偏转距离分别为16.12、11.82和11.71 m,偏转距离降低幅度为26.67%和27.36%。模拟结果表明,当缝间距为15 m时,裂缝的偏转距离最大,意味着此时裂缝能够波及的有效区域最广泛;随着缝间距的增加,裂缝的偏转距离逐渐减小,原因在于,缝间距的增加减弱了应力场的叠加影响,裂缝扩展所受缝间干扰程度降低。

3.3.2 压缩区张性区分布

图12分别表示缝间距15、20和25 m情况下储层压缩区和张性区的分布图。三种情况下,压缩区的面积分别是4 636.41、3 134.36和2 609.91 m²,降低幅度为32.40%和43.71%。模拟结果表明,随着缝间距增加,缝间的应力干扰程度降低,应力场的叠加程度减弱,不利于压缩区和张性区的形成。

3.3.3 缝内流体压力分布

图13分别表示缝间距15、20和25 m裂缝扩展的缝内流体压力分布图,3种情况下中间裂缝与两侧裂缝缝内流体最大压差分别为36.49 MPa和32.94MPa,32.28 MPa和30.87MPa,28.23MPa和24.99 MPa。结果表明,随着簇间距的增加,中间裂缝和两侧裂缝的缝内流体最大压差逐渐降低,裂缝扩展难度减小,原因在于,缝间距的增加导致缝间干扰程度降低。

4 实例分析

玛湖凹陷达13井区主力层T₁${\mathrm{b}}_{2}^{2}$平均厚度约9.1 m,孔隙度为9.7%,渗透率为0.28 mD,储层致密、渗透率低。油藏埋深约4 200 m,压力系数为1.74,储层岩性以砂质细砾岩为主,岩石结构成熟度较低,天然裂缝发育程度弱,表现较强的脆性特征与非均质性,难以形成复杂缝网,现场通过分段分簇优化设计提高压裂改造效果。

图14分别展示了DaHW1506井段内不同缝间距(15 m和25 m)条件下的施工压裂曲线。对比分析表明,当缝间距为15 m时,最大施工压力为80 MPa;当缝间距25 m时,最大施工压力为73 MPa,现场施工结果表明,随着缝间距的增大,缝间干扰效应明显减弱,导致施工压力显著降低。

5 结论

基于脆性断裂理论和能量最小化原理,总结了相场法模拟水力裂缝扩展的三大控制方程,通过在COMSOL多物理场软件中构建相场模块、固体力学模块和历史应变场模块,实现了考虑流固耦合的水力裂缝扩展模拟。基于此模型研究了裂缝簇数、缝间距影响下的裂缝扩展规律,得出以下主要结论。

(1)水力裂缝扩展过程中,裂缝中间区域受压缩作用,缝尖区域受拉伸作用,缝内流体压力逐渐减小,受缝间应力干扰影响,两侧裂缝会出现偏转。

(2)簇数增加会导致中间裂缝扩展难度增大,两侧裂缝偏转程度降低,段内簇数为3簇、4簇、5簇时两侧裂缝端部裂缝偏转距离分别为16.12、14.91和14.41 m,偏转距离降低幅度为7.51%和10.61%。

(3)缝间距增加有利于中间裂缝扩展,两侧裂缝偏转程度降低,缝间距为15、20、25 m时两侧裂缝端部裂缝偏转距离分别为16.12、11.82和11.71 m,偏转距离降低幅度为26.67%和27.36%。

(4)多簇裂缝扩展过程中,压缩区逐渐增大,张性区变化不明显。簇数增加情况下,压缩区的面积分别是4 636.41、3 272.43和2 812.31 m²,降低幅度为29.42%和39.34%;缝间距增加情况下,压缩区的面积分别是4 636.41、3 134.36和2 609.91 m²,降低幅度为32.40%和43.71%;增加簇数、缝间距均会抑制压缩区和张性区的扩大。

(5)簇数增加导致缝内流体压力差增大,中间裂缝与两侧裂缝最大压差由3簇的36.49 MPa升至5簇的39.77 MPa,表明缝间干扰加剧;缝间距增大可降低缝内流体压力差,中间裂缝与两侧裂缝最大压差由15 m时的36.49 MPa降至25 m时的28.23 MPa,表明缝间干扰减弱。

(6)现场施工案例表明,缝间距对施工压力具有显著影响,当缝间距由15 m增大至25 m时,最大施工压力从80 MPa降低至73 MPa。这表明,增大缝间距能够有效减弱缝间干扰,从而降低压裂施工压力。

参考文献

原文顺序 | 出版日期 | 本文引用

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基金资助

国家自然科学基金(52374057)

天山英才青年科技创新人才项目(2023TSYCCX0004)

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Received	Published
2024-09-23	2026-01-08
Online Date
2026-05-27

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