页岩毫米粗糙裂隙内支撑剂运移及裂隙损伤规律研究

摘要

页岩储层压裂缝网中毫米裂隙是页岩气渗流的重要通道，探究毫米裂隙内支撑剂运移沉降特征及支撑剂沉降后对裂隙的支撑性能具有重要意义.基于计算流体力学与离散元、有限差分与离散元耦合方法，提出了一种综合探究支撑剂在裂隙内运移及其沉降后对裂隙支撑作用的数值研究思路.首先，通过轮廓扫描获得劈裂页岩裂隙面几何模型，建立了毫米开度裂隙内压裂液携带支撑剂运移的流固耦合数值模型，分析了不同参量下支撑剂的运移特征并获得支撑剂沉降分布；进一步，建立了毫米开度裂隙页岩数值模型，并将获得的支撑剂沉降分布导入页岩模型裂隙内，探究了应力作用下的裂隙开度演化、支撑剂受力特征以及裂隙面损伤规律.研究结果表明：支撑剂粒径越小、压裂液流速越大、压裂液黏度越高，越有利于支撑剂运移；应用混合粒径支撑剂时，大粒径支撑剂沉降会阻碍小粒径支撑剂运移，从而形成沉降区；主要承载应力的支撑剂占比较小且主要分布于裂隙面倾斜程度较高的位置；裂隙开度压缩量与裂隙面支撑剂覆盖率无明显对应关系，但受应力大小和支撑剂尺寸影响显著；应力作用下，支撑剂周围产生应力集中造成裂隙面发生拉伸和剪切破坏，拉伸破坏是裂隙面的主要损伤形式，且破坏体积随着支撑剂粒径的增加而增加.

关键词

支撑剂 / 毫米粗糙裂隙 / 运移沉降 / 裂隙压缩 / 裂隙损伤 / 耦合数值模拟