专业论文 | 基于ABAQUS子程序UAMP编程实现水平井分段多簇压裂流量动态分配

作者：李金波

单位：东北石油大学

随着非常规油气资源开发的兴起，水平井分段多簇压裂的作用愈加重要。为了实现致密储集层高效开发，需采用水平井分段压裂技术产生密集且垂直于井筒的多条横切缝来扩大储集层泄流面积。但生产测井数据表明，30%甚至更多的射孔簇对产量没有贡献。储层的改造体积将显著影响低渗透储层增产效果，水平井压裂段、簇数的不断增加将使得油气产量得到显著提升。目前对水平井分段压裂的裂缝间距及扩展规律缺乏足够的认识，尤其缺乏对于流量动态分配的研究，这对于有效设计压裂施工以获得储层最大化开采具有重要意义。

本模型基于流— 固耦合基本方程、裂缝起裂与扩展的损伤力学原理和流流量控制理论，根据平面应变假设，利用扩展有限元法（XFEM）建立三条裂缝同步扩展数值模型，见下图。模型尺寸为400m×200m，四周位移边界固定，地层参数以吉木萨尔芦草沟组某井数据为例。

水平井多裂缝扩展数值模型

计算分为两步，第一步平衡地应力，模拟储层初始的赋存状态，第二步，以总排量为9m3/min的速度注入压裂液模拟水力压裂过程。

储层的孔隙压力分布及裂缝扩展形态，同时提取了压力—流量曲线如图所示。由图可知在初始阶段，内侧裂缝的缝内压力稍大于外侧裂缝，对于压裂液的阻力较大，使外侧裂缝的注入流量大于内侧裂缝，随着压裂液注入，内外裂缝的压力出现明显差异，内侧裂缝压力远大于外侧裂缝，而注入流量远小于外侧裂缝，在注入流量差异和缝间干扰的作用下，内侧裂缝受到抑制，外侧裂缝扩展较快而发生偏转，三缝同步扩展时压力与流量成反比例关系，与流量分配控制的原理规律相符，因此证明了子程序编程的正确性。

储层裂缝形态

压力—流量曲线

当裂缝近间距扩展时，由于缝间干扰应力，使得地应力场发生不同程度的偏转，中间裂缝受到抑制，外侧裂缝发生偏转现象。同时缝间干扰使得三条裂缝的缝内压力值出现差异，中间裂缝受到来自两侧裂缝的应力，缝内压力较大，使其对于压裂液注入的阻力增加而导致流量减小，使中间裂缝的扩展受到抑制。随着裂缝间距的增加，缝间干扰减小，三条裂缝呈现均匀扩展的形态，30m-40m的间距较为合适，使多个裂缝在保证施工安全的情况下均匀有效地扩展。