CFD-DEM耦合的干热岩人工裂隙内暂堵剂运移规律研究

• 作者: 秦浩 汪道兵 杨凯 张绍良 孙东亮 宇波
• 来源期刊: 石油科学通报
• 关键词: 干热岩 暂堵转向压裂 CFD-DEM耦合 暂堵剂运移 颗粒间相互作用
• 年，卷（期）: 2022,（1）
• 页码范围: 81-92
• 页数: 12页
• 语种: 中文
• DOI: 10.3969/j.issn.2096-1693.2022.01.008

摘要

暂堵转向压裂技术是提高干热岩采热能力的最具潜力技术之一,现有的针对暂堵剂在裂缝内运移过程的数值模拟研究模型相对简化,难以对暂堵剂在裂隙内复杂流动过程进行精准的刻画,无法捕捉颗粒在裂隙内的真实运动及其相互作用.为了准确捕捉暂堵剂在干热岩人工裂隙内的运移规律及颗粒间相互作用机理,本文对裂隙内的颗粒运动和流体流动采用基于欧拉—拉格朗日的描述方法,通过计算流体力学(CFD)与离散元(DEM)双向耦合的计算方法,建立了颗粒型暂堵剂在人工裂隙内运移过程的CFD-DEM耦合模型.数值模拟结果表明,影响干热岩人工裂隙中暂堵剂运移规律的主要因素包括:携带液黏度、暂堵剂质量浓度、携带液流动状态和颗粒间摩擦系数等,其中颗粒间摩擦系数对裂隙内颗粒间相互作用力影响相对较小,颗粒间因摩擦产生的作用力相对较小,难以克服流体流动对颗粒速度的影响.携带液黏度由0.03 mPa·s提升至120 mPa·s的过程中,暂堵剂在缝内的平均运动速度降低超过77％,随黏度增大,暂堵剂颗粒在裂缝内运动速度增幅逐渐降低,出口处颗粒速度及携带液流量明显减小;随暂堵剂质量浓度增大,颗粒间相互作用力不断增大,暂堵剂运动达到相对稳定的状态后,颗粒质量浓度增大一倍,颗粒间的相互作用力增大超过43.8％;当裂缝内携带液出现局部湍流现象时,暂堵剂颗粒运动速度与颗粒间相互作用力明显发生变化,颗粒间相互作用较力正常流动情况下增大超过150倍.本论文的研究成果对指导干热岩暂堵转向压裂的暂堵剂用量优化具有重要理论及指导意义.