具有长度依赖性可变孔隙的水力裂缝中支撑剂传输的数值模拟

《Scientific Reports》：Numerical simulation of proppant transport in hydraulic fractures with length-dependent variable aperture

　　

摘要

水力压裂对于提高石油和天然气产量至关重要。支撑剂的传输方式直接影响压裂的导流性能，因此非常重要。大多数研究将压裂裂缝简化为恒定宽度的结构，这与实际中裂缝宽度变化的情况不符。本文采用固液两相流方法，建立了变宽度裂缝及裂缝网络中支撑剂传输的数值模型。研究结果表明，与恒定宽度裂缝相比，变宽度裂缝在宽度过渡点处支撑剂堆积高度会发生突变（降低），且支撑剂堆积体的后缘长度明显缩短。支撑剂颗粒大小对传输过程有显著影响：较小颗粒尺寸可使前沿长度增加多达6.7倍，同时使前沿倾斜角度减小多达0.22倍。射孔位置也会影响支撑剂的流动模式：当裂缝入口附近的空间有限时，仅在底部射孔附近形成逆时针方向的涡流；如果支撑剂堆积体与裂缝入口之间有足够的空间，则除了底部和顶部射孔附近的逆时针涡流外，还会在支撑剂堆积体外缘稍远离入口的位置形成顺时针方向的涡流；而在远离裂缝入口的区域则不会形成涡流。本研究为研究不规则形状裂缝中的支撑剂传输规律提供了一种新的方法。