土木工程

项目概述

页岩油等非常规油气资源的高效开发是提升能源供给韧性、保障国家能源安全的关键支撑，但此类储层通常需通过井组水力压裂进行大规模改造才能实现经济开采。然而，储层中广泛发育的天然裂缝会改变局部地应力场，加剧井组间压裂干扰的复杂性，导致人工裂缝扩展路径偏移、缝网形态不规则，甚至引发压窜风险，严重影响压裂效果。因此，深入认识天然裂缝与井组压裂干扰的耦合机制能够优化压裂设计进而提高油气采收率，具有重要的理论和工程实用价值。

本文围绕天然裂缝与井组压裂干扰的耦合机制这一核心问题，运用数值模拟手段开展研究，构建了考虑天然裂缝的井组压裂干扰二维数值模型，系统开展了数值实验，深入分析了地质参数、天然裂缝关键参数和井组施工参数对裂缝延展形态与缝网复杂程度的作用规律。

模拟结果表明，地质参数、天然裂缝的几何参数以及施工参数均对压裂干扰效应具有明显的控制与调节作用，天然裂缝发育程度与施工参数的匹配性是决定缝网复杂度与改造效果的核心因素。基于上述规律，本文提出了井组压裂参数优化建议，为现场压裂方案的优化提供了理论支持。研究成果完善和丰富了水力压裂理论，为非常规油气藏井组压裂的精细化设计和高效改造提供了理论支撑与技术参考。

项目创新点

1）数值模型创新

基于单元劈裂法搭建内嵌随机离散天然裂缝网络、兼顾缝内非线性摩阻的流固耦合模型，精准模拟天然裂缝闭合、活化、起裂延伸全过程。

2）机理认知创新

对比有无天然裂缝多组对照模拟，揭示天然裂缝通过重构局部地应力、分流压裂液双重作用，诱导水力裂缝偏转分叉、加剧井间与簇间压裂干扰的核心机理，阐明天然裂缝是复杂缝网形成的关键控制因素。

3）参数研究创新

系统探究天然裂缝间距、倾角、长度、偏移量四类几何参数单独作用规律；天然裂缝参数与施工参数耦合分析，探明天然裂缝倾角-施工排量、天然裂缝间距-射孔簇间距最优匹配组合，明确天然裂缝与人工压裂尺度适配关系。

项目成果及应用前景

一、项目成果

1.建模成果

基于单元劈裂法建立含随机天然裂缝、缝内非线性摩阻的水力耦合二维数值模型，依托离散裂缝理论实现天然裂缝随机生成，依靠双激活准则还原裂缝开闭演化，完善现有压裂数值模拟方法。

2.机理成果

完成多工况对比模拟，阐明无天然裂缝下簇间、井间应力干扰规律；明确天然裂缝通过应力重分布、流体分流改变裂缝延展形态、加剧压裂干扰的作用机理。

3.参数规律成果

摸清地质、天然裂缝、施工参数单项影响规律；揭示天然缝倾角-排量、天然缝间距-簇间距耦合作用关系，得到最优参数匹配区间。

4.工程结论成果

形成一套适配济阳页岩油储层的井组压裂参数优化方案。

二、应用前景

1.油田现场应用：可用于指导井组射孔簇距、施工排量、压裂时序优化，提升储层改造体积与采收率。

2.设计参考价值：为压裂方案精细化设计提供理论依据，降低现场试错成本，助力裂缝发育储层低成本高效开发，具备油气工程设计落地潜力。