摘要：页岩的应力非均质性对钻完井、压裂改造和气藏开发动态等过程具有显著影响,目前未给出合理的表征方法来刻画页岩水力压裂过程中力学非均质性引起的岩石损伤/破裂及＂应力阴影＂效应。采用Galerkin有限元数值方法,通过COMSOL Multiphysics求解器,利用Matlab脚本语言进行了二次开发;采用Weibull概率密度函数表示页岩力学非均质性,数值模拟了水力压裂过程中流固耦合条件下非均质性对页岩地应力分布、应变能密度、流压和损伤因子等因素的影响规律。当地层完全为均质时,Von-Mises应力、应变能密度和损伤因子递减分布曲线特征明显,随着地层非均质增强,它们的分布曲线呈现起伏波动的规律,且Von-Mises应力、应变能密度与损伤因子相关性较好。据此提出了二维平面应变条件下力学非均质性引起的岩石损伤/破裂及＂应力阴影＂效应表征方法,即用单点线处的Von-Mises应力或应变能密度刻画岩石的局部破裂程度或应力阴影效应的强弱,用单位面积的平均应变能密度刻画岩石整体的破裂程度或应力阴影效应的强弱。该研究对进一步改进页岩体积压裂设计和提高气井产能具有重要指导意义。

关键词：韦伯函数 页岩气 损伤力学 非均质性 水力压裂 

单位：北京石油化工学院机械工程学院; 深水油气管线关键技术与装备北京市重点实验室; 北京102617; 北京航空航天大学航空科学与工程学院; 北京100083; 中国石油大学(北京)非常规天然气研究院; 北京102249; 中国石化石油工程技术研究院; 北京100101; 中国石油天然气集团公司西南油气田分公司重庆气矿; 重庆400021