自从上世纪40年代开始，水力压裂作为一项重要的增产措施，在石油工业中得到了广泛的应用，极大的提高了单井的产量，带来了巨大的经济效益。特别是从上世纪90年代后期，由水平井+多段压裂技术引发的页岩气革命，从根本上改变了美国的能源格局。对于非常规的页岩气、致密气等难动用储层，压裂形成的裂缝规模越来越大，形态越来越复杂，寻找一种复杂裂缝的数学描述方法并形成快速算法对于揭示复杂裂缝的渗流规律具有重要的指导作用。
针对上述科学问题，我校“化石能源勘探理论与开发技术”求真研究群体罗万静副教授及其合作者以复杂裂缝为研究对象，借助渗流力学、高等数学等相关理论，建立了新的裂缝单元模型，系统分析了Z型裂缝的压力变化和流量分布。研究取得的新认识如下：
1、提出了新的裂缝分类方法，将裂缝分为共面裂缝、非共面裂缝和复杂裂缝。共面裂缝可以用对称裂缝模型来描述（Cinco-Ley等，1978），非共面裂缝用翼模型来描述（Luo and Tang, 2015）。共面和非共面裂缝流体交换均发生在井筒，而复杂裂缝除了井筒外，裂缝之间的交点处也有流体交换 (图1)。
2、基于Fredholm方程，建立了新的裂缝单元模型(图2)。多个裂缝单元的组合可以形成任何复杂垂直裂缝。裂缝单元模型具有更大的灵活性和通用性，可以退化成对称裂缝模型（Cinco-Ley等，1978）和翼模型（Luo and Tang, 2015）(图1)。
3、分析了Z型裂缝的不稳态压力和流量分布，探讨了不同裂缝参数对压力的影响。根据裂缝翼的参数的差异，在裂缝相交处可能形成不同的流动模式，表现为源或者汇的特征。在流动晚期，对于低导流裂缝，其流量分布呈现近似的U型，裂缝两端对产量的贡献大，中间小（图3）；对于中高导流能力裂缝，流量分布呈现L型，大量的流体来自于井筒附近（图4）。
该研究从复杂裂缝中抽调出一个基本的流动单元---裂缝单元。基于裂缝单元建立了新的裂缝流动方程，该方程较常规的数值模拟减少一半未知数，能极大的加快计算速度。研究成果能用于复杂裂缝系统形态的精确刻画，揭示流体在复杂裂缝系统中的流动规律。

图1 新的裂缝分类方法

图2 裂缝单元模型

图3 低导流裂缝晚期流量分布

图4 中导流裂缝晚期流量分布
述研究成果发表在石油工程国际权威刊物《SPE Journal》上：Luo, W. *, Tang, C., and Zhou, Y. A new fracture-unit model and its application to a Z-fold fracture.SPE Journal, 2019.24（1）：319-333. [IF2017=2.55]
全文链接：https:// DOI:10.2118/194024-PA

附件20190402112009208535.pdf(1.3726578MB)