基于COMSOL的页岩储层水力压裂裂缝扩展数值模拟

杨钘1
1中国石油勘探开发研究院
发布日期 2025

页岩储层水力压裂中的裂缝扩展行为直接影响裂缝网络形态与油气产能提升。本文基于 COMSOL Multiphysics 建立三维流固耦合压裂数值模型,模拟并分析了五类典型压裂情形:单一裂缝扩展、两簇裂缝扩展及互相干扰、三簇对称压裂、三簇完全压裂以及水平主裂缝与垂向天然裂缝相交的情形。本文首先介绍了耦合力学与孔隙流体动力学控制方程、材料与边界条件,然后引入室内实体实验参数作为模型校核(包括页岩破裂韧性、抗拉强度、弹性模量与渗透率等特性)。在 COMSOL 中采用损伤参数化的线弹性-弹塑性破裂捕捉策略,并结合能量释放率与临界应力强度因子判据来判定裂缝的起裂与扩展。数值结果显示:注入压力和压裂液黏度显著影响裂缝的长度与分支缝生成的行为;簇间距与簇位序决定多裂缝间的相互干扰与优先生长方向;天然裂缝的存在可导致水平人工裂缝转向、贯通或被截断,显著改变应力释放与渗流通道分布。基于室内实验数据,本文的结果为页岩储层压裂设计中簇间距、注入方案与天然裂缝共存情形的工程决策提供了定量参考。

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