假设条件包括：目的层无限大，远场地应力均匀分布，岩石为均质的弹性体，没有天然裂缝分布等。通过对研究目的和研究内容的分析，建立压裂井眼的力学模型，如图1所示。
根据力学模型，应用Comsol软件完成该问题的数值模拟，选择多孔弹性物理场（即流固耦合场）、以致密砂岩储层为例。有限元模拟分析分为前处理，求解，后处理三个部分，如图2所示。
有限元模型涉及的边界条件如表1所示。
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名称 |
表达式 |
描述 |
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r0 |
0.2159[m] |
井眼直径 |
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Lwell |
1[m] |
近井区域 |
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H |
0.5[m] |
油层厚度 |
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σv |
36e6[Pa] |
垂向应力 |
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σH |
30e6[Pa] |
最大水平应力 |
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σh |
25e6[Pa] |
最小水平应力 |
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Pw |
28e6[Pa] |
井筒液压 |
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Pp |
18e6[Pa] |
孔隙压力 |
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根据研究问题的力学模型，建立相应的有限元数值模拟模型。为了抵消加载边界效应对计算结果的影响，采用双体耦合技术，具体图2。对模型进行有限元网格划分，具体如图3。
采用流固耦合稳态求解器对上述问题进行求解。从井眼的位移场、孔隙压力和应力场三个方面来分析求解数据，最终实现问题的分析和解决。
各参数对井眼应力场的影响3D图如下。由图可知，在井眼附近形成对称的应力集中，应力集中点为最大主应力方向，说明水力压裂裂缝的将沿最大主应力开启及扩展，通过采用参数化扫描技术，可以开展近井区域井壁受力分析，进一步分析水力裂缝起裂的影响因素。
作者：ZhaoH