考虑真实气体特性的水力压裂井诱导应力动态演化机制研究

本文提出了一种整合Redlich-Kwong状态方程、Lee-Gonzalez-Eakin粘度关联式和流固耦合理论的生产诱导应力模拟新方法，实现了水力压裂与采气全过程一体化模拟。该研究首次系统揭示了压裂与生产过程中应力偏转区的时空演化规律（包括椭圆形主反转区、扇形重定向区和弧形次反转区），并通过真实气体与原油开采的对比分析，发现二者因无量纲应力偏量相同而呈现相似分布规律，为非常规油气藏高效开发与工程灾害防控提供了重要理论依据。

　　

Highlight

本研究开发了包含Redlich-Kwong状态方程和Lee-Gonzalez-Eakin粘度关联式的流固耦合模型，以考虑真实气体的非线性压缩性和粘性效应。该研究系统调查了与水力压裂和天然气生产相关的应力扰动，特别强调了水平主应力重定向的空间分布。

结论

*（1）水力压裂产生偏转区，包括一个椭圆形主反转区和一个大的扇形重定向区。相比之下，生产诱导的偏转区在裂缝尖端的前缘还有一个弧形二次反转区。

*（2）在相同的生产期内，天然气开采引起的偏转区明显大于石油开采。这种差异源于石油生产相对于天然气生产的无量纲时间较小。然而，两种烃类开采过程表现出非常相似的偏转区分布，这是它们相同的无量纲应力偏量的结果。

CRediT authorship contribution statement

Zirui Yin: 撰写初稿，验证，方法论，研究，形式分析，数据整理。 Yanjun Zhang: 撰写初稿，资源，研究，形式分析，数据整理。 Fengshou Zhang: 审阅编辑，验证，研究，形式分析。 Xiaohua Wang: 审阅编辑，验证，监督，研究，形式分析，数据整理。 Lianyang Zhang: 验证，研究。

Declaration of competing interest

作者声明，他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系，这些利益或关系可能影响本报告所载的工作。

Acknowledgements

作者感谢国家重点研发计划项目（No. 2023YFE0110900）、国家自然科学基金（No. 42320104003, 42407223）、上海市浦江人才计划（No. 24PJD119）和中国博士后科学基金（No. GZB20240557）提供的支持。