层理影响下裂缝三维垂向扩展模式数值模拟

摘要

新疆某区块储层具有非均质性强、天然层理面发育和应力分布不均匀等特点，含层理面储层在复杂应力条件下裂缝垂向扩展模式显著影响穿层压裂效果。基于有限元方法和内聚力模型，建立了含层理面的三维流固全耦合数值模型，系统研究了不同应力组合和层理面影响下水力裂缝垂向扩展形态，明确了含层理储层裂缝穿层扩展模式，形成了复杂应力组合下裂缝穿层形态预测图版。模型模拟结果与已发表物模实验结果一致，验证了模型的可靠性。研究结果表明：垂向应力越小，裂缝越容易激活层理面，当垂向应力小于18 MPa时，裂缝沿着层理面扩展；水平应力差越大，裂缝受到层理面的阻碍作用越大，水平应力差大于3 MPa时，裂缝更容易被层理面捕获而沿着层理面扩展；层理面抗拉强度越大，裂缝更倾向于贯穿层理面扩展。研究结果可为层状储层穿层压裂设计提供理论指导。

关键词

非均质储层 / 水力压裂 / 裂缝 / 垂向扩展 / 层理面 / 数值模拟