精確表征壓裂前后儲(chǔ)層巖體中的裂隙結(jié)構(gòu)，探索復(fù)雜裂隙結(jié)構(gòu)與儲(chǔ)層壓裂改造、流體運(yùn)移的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，是非常規(guī)油氣儲(chǔ)層改造與開(kāi)發(fā)的核心科學(xué)問(wèn)題。

　　中國(guó)科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所油氣地下儲(chǔ)備與開(kāi)發(fā)研究中心科研人員聯(lián)合武漢大學(xué)、重慶大學(xué)、深圳大學(xué)、遼寧工程技術(shù)大學(xué)相關(guān)研究人員，在裂隙巖體壓裂和滲流特性研究方面取得進(jìn)展。（1) 提出了一種基于向量統(tǒng)計(jì)的粗糙裂縫量化表征和重建方法，結(jié)合FDEM發(fā)展了一套考慮裂隙粗糙特性的非均質(zhì)儲(chǔ)層建模方法，形成了基于python語(yǔ)言的建模模塊（圖1）。建立了從相對(duì)均質(zhì)到極端非均質(zhì)儲(chǔ)層的粗糙離散裂縫網(wǎng)絡(luò)水力壓裂模型，對(duì)比分析了不同離散裂縫網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展演化特征，揭示了不同程度非均質(zhì)模型中的應(yīng)力平衡、最終裂縫形態(tài)和破壞模式的差異（圖2）。結(jié)果顯示：水力裂縫擴(kuò)展受網(wǎng)格路徑、天然裂縫粗糙性和巖石彈性模量分布影響顯著。忽略天然裂縫的粗糙特征，可能高估人工裂縫穿透研究區(qū)域時(shí)間、拉伸比例因子和裂縫總長(zhǎng)分別約20%、15%和18%。（2) 利用樹(shù)狀分叉裂縫網(wǎng)絡(luò)表征壓裂后的多尺度人工裂縫網(wǎng)絡(luò)，推導(dǎo)了點(diǎn)-線型和點(diǎn)-圓型樹(shù)狀分叉裂縫網(wǎng)絡(luò)的等效滲透率理論模型。在與數(shù)值模擬結(jié)果對(duì)比驗(yàn)證的基礎(chǔ)上，分析了分叉裂縫網(wǎng)絡(luò)幾何參數(shù)對(duì)等效滲透率的影響（圖3和圖4）。結(jié)果表明：當(dāng)寬度比大于高度比時(shí)，等效滲透率隨著主裂縫縱橫比的增加而增加，而當(dāng)裂縫寬度比小于高度比時(shí)則相反。橢圓截面的等效滲透率小于矩形截面的等效滲透率，它們的差異隨著主裂縫縱橫比、寬度比和分叉級(jí)數(shù)的增加而增加，而隨著裂縫高度比的增加而減小。研究成果為SRV區(qū)域等效滲透率預(yù)測(cè)及壓裂改造的有效造縫形態(tài)評(píng)估提供了理論依據(jù)。

　　相關(guān)研究成果以“Comparative study on hydraulic fracturing using different discrete fracture network modeling: Insight from homogeneous to heterogeneity reservoirs”、“A study on equivalent permeability models for tree-shaped fractures with different geometric parameters”為題，分別發(fā)表在期刊Engineering Fracture Mechanics和Gas Science and Engineering上。研究工作獲得國(guó)家自然科學(xué)基金（52241602、51909225、42004036、52074044）等的資助。

　　論文鏈接：

　　https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2023.109274

　　https://doi.org/10.1016/j.jgsce.2023.204946

圖1. 粗糙離散裂隙巖體重建示意圖：(a)真實(shí)裂隙巖石及其處理后結(jié)果示意圖；(b)向量統(tǒng)計(jì)原理；(c)基于方向向量的單粗糙裂縫重建流程示意圖；(d)基于fisher分布和冪律分布及方向向量生長(zhǎng)方法的隨機(jī)離散裂縫網(wǎng)絡(luò)重建流程示意圖　　 

圖2. 不同非均質(zhì)程度儲(chǔ)層的地應(yīng)力平衡和壓裂縫擴(kuò)展結(jié)果：(a)地應(yīng)力平衡結(jié)果；(b)壓裂縫擴(kuò)展結(jié)果 　

圖3. 樹(shù)狀分叉裂縫中的流體流動(dòng)示意圖：(a)壓裂后多尺度樹(shù)狀分叉裂縫示意圖；(b)點(diǎn)-線型分叉裂縫中的流體流動(dòng)云圖；(c)點(diǎn)-圓型樹(shù)狀分叉裂縫中的流體流動(dòng)云圖　　

　　圖4.不同樹(shù)狀裂縫網(wǎng)絡(luò)的等效滲透率模型驗(yàn)證結(jié)果：(a)點(diǎn)-線型樹(shù)狀分叉裂縫網(wǎng)絡(luò)；(b)點(diǎn)-圓型樹(shù)狀分叉裂縫網(wǎng)絡(luò)