曲冠政　王一妃　林鑫　Randy Doly Hazlett　韓強(qiáng)　柏明星

摘要：針對(duì)目前學(xué)界有關(guān)剪切滑移作用對(duì)裂縫中流體滲流研究較少的情況，分析現(xiàn)有研究方法的缺陷，改進(jìn)現(xiàn)有的研究模型，以固定研究目標(biāo)尺寸為基礎(chǔ)，引入Lattice Boltzmann方法，研究流體在剪切滑移結(jié)構(gòu)中的滲流，并考察非匹配性和接觸面積對(duì)流體滲流的影響。結(jié)果表明：隨機(jī)二維剖面線可拆分為V型、正弦和凹槽等基本單元體;在基本單元體、二維剖面線中，裂縫面的滑移造成滲流方向上開(kāi)度分布的非均勻性，滲透率呈現(xiàn)數(shù)量級(jí)的減小;非匹配情況下的裂縫滲透率比匹配情況下的低，隨滑移距離的增加，流體滲流能力均呈先下降后上升趨勢(shì);三維裂縫結(jié)構(gòu)的滲透率隨滑移距離的增加總體呈下降趨勢(shì)，下降幅度比基本單元體和二維剖面線結(jié)構(gòu)要低;裂縫面產(chǎn)生剪切滑移時(shí)，結(jié)構(gòu)間的非匹配性造成流體滲流軌跡呈三維迂曲性;剪切滑移所造成的非匹配性及接觸面積，均對(duì)滲流能力有負(fù)面作用，但非匹配性可以對(duì)裂縫結(jié)構(gòu)起到一定的自支撐作用。

關(guān)鍵詞：剪切滑移;粗糙裂縫;Lattice Boltzmann模擬;滲流規(guī)律

中圖分類號(hào)：TE357.4

DOI：10.16152/j.cnki.xdxbzr.2020－02－005

Study on fluid migration in the shear－slip fractureby Lattice Boltzmann simulation

QU Guanzheng1， WANG Yifei LIN Xin3，Randy Doly Hazlett4， HAN QiangBAI Mingxing1

Abstract： Considering that the research about the influence of shear－slipping on fluid transportation in fractures is few， the defect of current research methods is pointed out and the improvement is suggested， the method of keeping research object scale constant and Lattice Boltzmann method are employed to study fluid migration in shear－slipping fracture and the influence of mismatch and contact area are also included. The result shows that： The random 2D profile constitutes of V structure， sinusoid and groove structure; Morphogenesis makes aperture distribution heterogeneous along fluid seepage direction in basic units， and 2D profile， and the permeability shows tremendous decrease; The permeability of mismatch fracture is lower than it in match fracture; Moreover， as the slipping distance increases， the permeability firstly decreases， then increases. In 3D fracture structure， the permeability totally decreases as the slipping distance increases， and the decline range is lower than that in basic units and 2D profile. When the slipping occurs， the mismatch between fracture surfaces makes the fluid immigration path 3D circuitously; The mismatch and contact area， caused by shear slip， are negative for fluid immigration， but the mismatch could make the fracture structure self－supporting.

Key words： shear－slipping; rough fracture; Lattice Boltzmann simulation; seepage rule

體積化裂縫網(wǎng)絡(luò)改造技術(shù)是目前開(kāi)發(fā)頁(yè)巖、致密砂巖等非常規(guī)儲(chǔ)層的主要手段。區(qū)別于常規(guī)低滲透層的壓裂改造方式，體積化壓裂改造措施充分利用了儲(chǔ)層的三維空間，盡可能地將儲(chǔ)層打碎，形成低流阻裂縫網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)［1-4］。低流阻裂縫網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，構(gòu)建了油氣從基質(zhì)微納米級(jí)孔喉到井筒運(yùn)移的核心通道，是關(guān)系到非常規(guī)資源能否實(shí)現(xiàn)工業(yè)性開(kāi)發(fā)的核心和關(guān)鍵。同時(shí)，隨著體積化壓裂改造措施在非常規(guī)儲(chǔ)層中的規(guī)模化推廣應(yīng)用，學(xué)者對(duì)壓裂改造后儲(chǔ)層裂縫結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)也由之前的雙翼對(duì)稱張性裂縫擴(kuò)展至張性裂縫和剪切滑移裂縫的組合［5］。

現(xiàn)階段，關(guān)于裂縫結(jié)構(gòu)中流體滲流的研究主要集中于張性裂縫結(jié)構(gòu)［6-10］;相較于張性裂縫，剪切滑移裂縫面間是非匹配的。兩者在裂縫結(jié)構(gòu)上的差異決定了目前在張性裂縫研究中，相對(duì)成熟的表征、等效處理及滲透率計(jì)算等方面的理論并不能應(yīng)用于剪切滑移裂縫結(jié)構(gòu)中［11-12］。目前，關(guān)于剪切滑移裂縫結(jié)構(gòu)的研究尚不成熟，關(guān)于剪切滑移裂縫中流體滲流規(guī)律的研究尚處于探索階段。可見(jiàn)的報(bào)道主要以實(shí)驗(yàn)研究為主［13-14］：采用在張性裂縫兩側(cè)不同方向上依次墊加一定數(shù)量的薄銅片，或在張性裂縫兩側(cè)不同方向上依次切割裂縫結(jié)構(gòu)的方式制作剪切滑移裂縫模型;然后采用實(shí)驗(yàn)方法，測(cè)試剪切滑移作用對(duì)流體在裂縫中滲流的影響。但是，以上兩種制作剪切滑移裂縫物理模型的方法都存在著，物理模型尺寸在研究過(guò)程中非恒定的缺陷，無(wú)法確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可信度。

明確剪切滑移作用對(duì)流體在裂縫中滲流能力的影響，對(duì)掌握流體在儲(chǔ)層改造體積網(wǎng)絡(luò)中的滲流規(guī)律具有重要意義。因此，本研究首先以實(shí)例，分析物理實(shí)驗(yàn)方法的缺陷，然后引入數(shù)值模擬方法，研究剪切滑移裂縫中流體的滲流特征，以期為研究流體在儲(chǔ)層改造體積網(wǎng)絡(luò)中的滲流規(guī)律提供支撐。

1 流體在剪切滑移裂縫中運(yùn)移的分析測(cè)試研究

以在張性裂縫兩側(cè)不同方向上依次墊加薄銅片的剪切滑移物理模型為例，進(jìn)行剪切滑移物理試驗(yàn)，并結(jié)合實(shí)際的具體數(shù)據(jù)分析該實(shí)驗(yàn)方法所造成的誤差。此外，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，在外界壓力環(huán)境下，實(shí)驗(yàn)樣品的重復(fù)性測(cè)試必然會(huì)對(duì)裂縫面產(chǎn)生磨損，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果失真。

1.1 剪切滑移裂縫中流體滲流能力評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)的誤差分析

裂縫結(jié)構(gòu)剪切滑移實(shí)驗(yàn)的具體操作采用Guo等人推薦的方法［13］： 在張性裂縫兩側(cè)的不同位置處， 逐漸墊加薄銅片以模擬剪切滑移裂縫結(jié)構(gòu)， 考察流體在剪切滑移裂縫中的滲流能力。 實(shí)驗(yàn)中共采用5組不同的頁(yè)巖裂縫結(jié)構(gòu)， 采用的薄銅片平均厚度為0.05 mm， 考察的剪切滑移范圍設(shè)定在0～0.5 mm。 具體的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。 從圖1可以看出，流體在裂縫中的滲流能力隨剪切滑移距離的增加總體呈增大趨勢(shì)，但在部分剪切滑移裂縫中，流體的滲流能力具有較大幅度的波動(dòng)。裂縫開(kāi)度和流體滲流通道形態(tài)，隨剪切滑移距離的增加而發(fā)生變化，由于裂縫面形態(tài)分布的復(fù)雜性，剪切滑移距離與裂縫開(kāi)度、流體滲流通道形態(tài)等因素并非簡(jiǎn)單的對(duì)應(yīng)關(guān)系，進(jìn)而導(dǎo)致流體滲流能力并非與剪切滑移距離呈正相關(guān)關(guān)系。

1.2 實(shí)驗(yàn)誤差分析

鑒于實(shí)際三維裂縫結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，以隨機(jī)選取的張性裂縫剖面線為例，闡述該實(shí)驗(yàn)方法的缺陷。①研究目標(biāo)尺寸方面：在模擬剪切滑移裂縫時(shí)，隨剪切滑移距離的增加，所需墊加的銅片數(shù)量必然增加，進(jìn)而造成所模擬的裂縫結(jié)構(gòu)尺寸呈逐漸增加的趨勢(shì)。②裂縫結(jié)構(gòu)粗糙度方面：所墊銅片數(shù)隨剪切滑移的距離增加而增加，由于銅片的粗糙度為0，勢(shì)必會(huì)造成研究目標(biāo)的平均粗糙度隨剪切滑移距離的增加而呈下降趨勢(shì)。③所墊銅片位置的裂縫開(kāi)度明顯要比其他位置處的開(kāi)度大，因此，隨剪切滑移距離的增加，裂縫平均開(kāi)度必然呈增加趨勢(shì)。目前的實(shí)驗(yàn)方法中存在以上3方面的缺陷，必然會(huì)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果不可信。陳勉等［14］采用依次切割張性裂縫結(jié)構(gòu)的方式制作剪切滑移裂縫模型，消除了墊銅片方法在裂縫粗糙度和開(kāi)度方面的缺陷，但同樣存在著研究目標(biāo)尺寸在研究過(guò)程中非恒定的缺陷，實(shí)驗(yàn)結(jié)果可信度偏低。

以隨機(jī)選取的圖2所示剖面線結(jié)構(gòu)為例，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)物理模型相關(guān)參數(shù)的誤差分析。將二維結(jié)構(gòu)的初始平均開(kāi)度設(shè)為0.2 mm（見(jiàn)圖3，4），隨剪切滑移距離的增加，實(shí)驗(yàn)物理模型的實(shí)際平均開(kāi)度和誤差均呈線性增長(zhǎng)趨勢(shì)，且當(dāng)滑移距離為0.6mm時(shí)，平均開(kāi)度的誤差達(dá)到約13％。

受所墊薄銅片處粗糙度的影響，剖面線粗糙度隨剪切滑移距離的增加而呈線性下降趨勢(shì)，進(jìn)而導(dǎo)致物理模型的粗糙度偏差呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，且在剪切滑移距離達(dá)到0.6mm時(shí)，物理模型粗糙度誤差約為9.3％。

以上采用隨機(jī)選取的二維剖面線結(jié)構(gòu)，對(duì)剪切滑移物理模型本身存在的缺陷進(jìn)行了分析，同時(shí)驗(yàn)證了Kassis，Guo等人在研究方法上的缺陷。為避免物理實(shí)驗(yàn)方法上的缺陷，本研究在固定物理模型尺寸的基礎(chǔ)上，采用Lattice Boltzmann方法研究剪切滑移裂縫中流體的滲流特征。

2 剪切滑移裂縫中流體滲流的Lattice Boltzmann模擬

2.1 Lattice Boltzmann模擬方法

Lattice Botlzmann方法將流體的宏觀運(yùn)動(dòng)拆分為介觀尺度下格子的遷移和碰撞，同時(shí)格子密度和速度的宏觀統(tǒng)計(jì)結(jié)果符合流體的宏觀運(yùn)動(dòng)特征，以保證宏觀和介觀尺度上流體運(yùn)動(dòng)的一致性［15］。在流體運(yùn)動(dòng)的模型選擇上，具體采用BGK－D3Q19模型進(jìn)行相關(guān)的流體運(yùn)移模擬，該模型的演化方程、平衡態(tài)分布函數(shù)及粒子

式中：k為裂縫滲透率，μm2;k′為格子尺度滲透率;b為裂縫開(kāi)度，μm;r為格子分辨率。

2.2 模擬條件

模擬中采用的流體介質(zhì)為水，溫度設(shè)為293.15 K，流體的運(yùn)動(dòng)黏度為1.007×10-6m2／s，密度為998.203 kg／m3;格子單位下，通過(guò)調(diào)整松弛時(shí)間來(lái)確定運(yùn)動(dòng)黏度，模擬中運(yùn)動(dòng)黏度取1／30，格子單位下流體密度取0.22，格子聲速1／3，由雷諾數(shù)計(jì)算公式計(jì)算可得格子速度為1／30。

流動(dòng)模擬方面，設(shè)置入口流速和出口壓力邊界條件，出口壓力設(shè)為大氣壓。不考慮流體壓縮性的影響。

模擬網(wǎng)格采用笛卡爾正交網(wǎng)格方式。為確保模擬精度，取裂縫開(kāi)度方向上的分辨率為10?？v向上設(shè)為光滑邊界條件，裂縫面上采用標(biāo)準(zhǔn)反彈邊界條件。模擬結(jié)果顯示，各模擬條件下，滲流場(chǎng)不同位置處，流體密度和溫度均保持恒定。

2.3 剪切滑移裂縫結(jié)構(gòu)拆分及Lattice Botlzmann模擬分析

2.3.1 基本組成單元

1）基本組成單元的劃分。將取自Barnett頁(yè)巖的巖心采用巴西實(shí)驗(yàn)劈裂成縫，采用三維輪廓儀獲取裂縫面分布數(shù)據(jù)并重構(gòu)?；谌S裂縫面高度分布的復(fù)雜性，在所重構(gòu)的裂縫面上，隨機(jī)沿x方向11～15 mm處，在縱向（y方向）上選取4條剖面線，4條剖面線的具體高度分布如圖5所示。以隨機(jī)選取的4條剖面線為例，進(jìn)行基本組成單元的劃分。

分別以0.1，0.2，0.4 mm為測(cè)量精度選取數(shù)據(jù)，繪制并觀察不同測(cè)量精度下的剖面線形態(tài)，具體如圖6A所示。從圖6A可以看出：剖面線形態(tài)隨測(cè)量精度的不同而有較大差異;同一條剖面線，當(dāng)測(cè)量精度較高時(shí)，可分解為不同V型結(jié)構(gòu)的組合;剖面線形態(tài)隨測(cè)量精度降低而逐漸變的平滑，可分解為不同曲率弧線結(jié)構(gòu)的組合?？疾鞙y(cè)量范圍對(duì)剖面線形態(tài)的影響，結(jié)果如圖6B，C，D所示：圖6B中，可將剖面線分解為不同曲率弧線的組合;圖6C為將圖6B中的剖面線橫向恒定縱向拉伸，剖面線縱向上的高度分布變得相對(duì)平緩，總體上可視為平板結(jié)構(gòu)的組合，局部視為平板結(jié)構(gòu)和曲率弧線的組合；圖6D為將圖6B中的剖面線縱向保持恒定橫向壓縮，則剖面線縱向高度分布變化相對(duì)劇烈，此時(shí)總體上將其視為V型結(jié)構(gòu)的組合，局部等效為V型結(jié)構(gòu)和平板結(jié)構(gòu)的組合。綜合以上分析，可將隨機(jī)二維剖面線拆分為V型結(jié)構(gòu)、曲率弧線結(jié)構(gòu)和平板結(jié)構(gòu)等基本單元體。

曲率弧線結(jié)構(gòu)可采用傅里葉級(jí)數(shù)表征，而傅里葉級(jí)數(shù)則是由不同振幅和角速度的正余弦曲線構(gòu)成，而余弦曲線本質(zhì)上是正弦曲線的橫向平移。

通常在處理裂縫結(jié)構(gòu)時(shí)，會(huì)將其視為平板模型或平板模型的組合，考慮到平板模型的滲流規(guī)律過(guò)于簡(jiǎn)單，因而考慮采用平板模型的組合即凹槽結(jié)構(gòu)作為考察的基本組成單元。結(jié)合以上對(duì)粗糙裂縫隨機(jī)二維剖面線結(jié)構(gòu)的分析，可將V型結(jié)構(gòu)、正弦結(jié)構(gòu)和凹槽結(jié)構(gòu)等3種結(jié)構(gòu)作為其基本組成單元。從本質(zhì)上講，V型結(jié)構(gòu)和凹槽結(jié)構(gòu)均是正弦結(jié)構(gòu)的特殊形式，但從研究的嚴(yán)謹(jǐn)性角度考慮，本研究采用以上3種結(jié)構(gòu)作為其基本組成單元。

2）流體在剪切滑移裂縫基本組成單元中流動(dòng)的模擬分析。

V型結(jié)構(gòu)：

模擬中采用的V型結(jié)構(gòu)物理模型由總長(zhǎng)度為4 mm的兩端平板模型和中間視長(zhǎng)度為1.8 mm的V型結(jié)構(gòu)組成;為避免滑移過(guò)程中兩裂縫面產(chǎn)生接觸，將裂縫開(kāi)度恒定為0.5 mm;模擬過(guò)程中， 恒定物理模型整體長(zhǎng)度及結(jié)構(gòu)下部不變， 以0.2 mm為滑移間隔， 將上部結(jié)構(gòu)逐漸向右平移。 具體模擬結(jié)果如圖7所示。 從圖7中可以看出， 裂縫結(jié)構(gòu)的滲透率隨剪切滑移距離的增加而總體上呈先下降后趨于穩(wěn)定的趨勢(shì)。

實(shí)例中， 當(dāng)剪切滑移距離大于1 mm后， V型結(jié)構(gòu)的滲透率保持恒定。 剪切滑移作用造成沿滲流方向上裂縫開(kāi)度分布的非均勻性， 同時(shí)裂縫結(jié)構(gòu)的滲透率也呈現(xiàn)數(shù)量級(jí)的減小; 當(dāng)剪切滑移距離為0時(shí)， 沿滲流方向各滲流截面上的平均速度基本上成均勻態(tài)分布在0～1.9 m／s; 流體滲流速度分布范圍隨剪切滑移距離的增加而呈增加趨勢(shì)， 當(dāng)剪切滑移距離為0.8 mm時(shí)，

滲流速度分布在0～5.6 m／s，分布范圍最廣。裂縫開(kāi)度隨剪切滑移距離的增加而呈現(xiàn)出明顯的差異性，結(jié)構(gòu)差異造成沿流體滲流方向上滲流截面的變化，滲流截面的突然變化造成滲流速度的急劇變化，是造成能量損失的根本原因，最終體現(xiàn)在流體在其中滲流能力的降低。

正弦結(jié)構(gòu)：正弦結(jié)構(gòu)物理模型由兩端平板結(jié)構(gòu)和中間正弦結(jié)構(gòu)組成，其中正弦結(jié)構(gòu)視長(zhǎng)度為1 mm，平板結(jié)構(gòu)總長(zhǎng)度為4 mm，物理模型初始開(kāi)度恒定為0.25 mm，以避免剪切滑移過(guò)程中上下面產(chǎn)生接觸；固定物理模型的下部結(jié)構(gòu)，以0.2 mm為間隔將模型上部結(jié)構(gòu)沿滲流方面逐漸向右平移。具體模擬結(jié)果如圖8所示。從圖8可以看出，裂縫結(jié)構(gòu)滲透率隨剪切滑移距離的增加呈迅速下降趨勢(shì)，當(dāng)剪切滑移距離大于0.6 mm時(shí)，正弦結(jié)構(gòu)滲透率趨于穩(wěn)定;剪切滑移作用導(dǎo)致沿滲流方向上截面積較小的區(qū)域產(chǎn)生局部高速區(qū)域，截面積較大區(qū)域產(chǎn)生局部滲流低速區(qū)域，滲流截面積的局部急劇變化使能量損失增加。與V型結(jié)構(gòu)相似，剪切滑移作用同樣使正弦結(jié)構(gòu)滲透率產(chǎn)生數(shù)量級(jí)的降低。

凹槽結(jié)構(gòu)：其滑移距離與裂縫滲透率的關(guān)系曲線如圖9所示。從圖9可以看出，滲透率隨滑移距離的增加呈逐漸下降趨勢(shì)，并逐漸趨于穩(wěn)定;滑移距離超過(guò)1 mm后，滲透率基本趨于穩(wěn)定。與V型結(jié)構(gòu)和正弦結(jié)構(gòu)滑移產(chǎn)生的現(xiàn)象類似，凹槽結(jié)構(gòu)同樣產(chǎn)生了局部滲流速度的明顯變化區(qū)域。

根據(jù)對(duì)V型結(jié)構(gòu)、正弦結(jié)構(gòu)和凹槽結(jié)構(gòu)的研究可知，剪切滑移作用使基本組成單元的滲透率產(chǎn)生數(shù)量級(jí)減小;當(dāng)滑移距離達(dá)到一定值后，裂縫滲透率基本保持恒定;根據(jù)滲流單元體滑移距離與滲透率的關(guān)系可知，當(dāng)滲透率達(dá)到極低時(shí)，基本上都是裂縫滑移結(jié)構(gòu)中的裂縫開(kāi)度達(dá)最小值時(shí)。換言之，其他條件一定時(shí)，裂縫最小開(kāi)度是制約剪切滑移結(jié)構(gòu)滲流能力的關(guān)鍵因素。

2.3.2 二維剖面線結(jié)構(gòu) 實(shí)際裂縫具有大尺度匹配性、小尺度非匹配性的特征［18］，基于此，以圖6A中分辨率為0.1 mm的剖面線為下側(cè)結(jié)構(gòu)，考察上側(cè)分辨率分別為0.2，0.4 mm兩種情況下剪切滑移作用對(duì)滲透率的影響，初始開(kāi)度設(shè)為0.1 mm。

將截取的二維剖面線沿縱向延伸形成三維結(jié)構(gòu)，在剖面線結(jié)構(gòu)延伸所形成的裂縫結(jié)構(gòu)右側(cè)銜接平板結(jié)構(gòu)并保持下部固定，沿滲流方向滑移上部結(jié)構(gòu)，并將上部結(jié)構(gòu)設(shè)定不同測(cè)量精度，考察非匹配情況下剪切滑移作用的影響。

非匹配情況下剪切滑移作用對(duì)裂縫滲流能力影響的模擬結(jié)果如圖10所示。從圖10可以看出，3種精度情況下，流體的滲流能力隨剪切滑移距離的增加均呈先下降后上升趨勢(shì);上端面精度為0.1，0.2，0.4 mm情況下，剪切滑移結(jié)構(gòu)的平均滲透率分別為545.35，444.02，414.98 μm 流體的滲流能力總體上隨非匹配程度的增加呈略微下降趨勢(shì)。

2.3.3 三維裂縫結(jié)構(gòu)

在三維裂縫面上隨機(jī)選取視面積為3 mm×1.5 mm的長(zhǎng)方形區(qū)域，沿長(zhǎng)度方向以視長(zhǎng)度0.2 mm為間隔，依次截取6個(gè)視面積為3 mm×1.5 mm的區(qū)域。固定起點(diǎn)為0的裂縫面作為裂縫下端面，依次以截取的6個(gè)裂縫面作為裂縫上端面，研究三維裂縫結(jié)構(gòu)中剪切滑移作用的影響。為避免接觸面積產(chǎn)生影響，在設(shè)定裂縫開(kāi)度時(shí)確保裂縫上下面不接觸。

圖11為考察三維裂縫結(jié)構(gòu)剪切滑移距離與滲透率的關(guān)系曲線，考察的剪切滑移距離范圍為0～1 mm。從圖11中可以看出，三維裂縫結(jié)構(gòu)的滲透率在剪切滑移距離為0時(shí)最大;三維裂縫結(jié)構(gòu)滲透率隨裂縫上端面滑移距離的增加總體呈下降趨勢(shì)，但下降幅度顯然要比基本組成單元和二維剖面線結(jié)構(gòu)要低。

考察剪切滑移距離分別為0，1.0 mm時(shí)的流體滲流路徑：當(dāng)剪切滑移距離為0時(shí)，沿滲流方向上的流線基本呈規(guī)則化分布;剪切滑移距離為1.0 mm時(shí)，由于結(jié)構(gòu)上的非匹配性，遵循阻力最小的原則，流體的滲流軌跡呈現(xiàn)三維迂曲性，流線分布較為雜亂，極大地增加了滲流阻力。

采用固定研究目標(biāo)尺寸的思路，暫不考慮接觸面積的影響，發(fā)現(xiàn)剪切滑移作用會(huì)導(dǎo)致裂縫滲透率的降低。剪切滑移作用造成裂縫結(jié)構(gòu)的非匹配特征，使裂縫開(kāi)度的分布具有隨機(jī)性。流體滲流受限于裂縫形態(tài)，造成流體滲流的三維迂曲性，增加了滲流阻力。

3 接觸面積的影響

將劈裂形成的裂縫以固定間隔滑移后發(fā)現(xiàn)，裂縫面接觸面積的分布具有隨機(jī)性;裂縫面的非匹配性隨剪切滑移距離的增加呈增加趨勢(shì)。在上覆壓力作用下，非匹配性區(qū)域?qū)α芽p產(chǎn)生自支撐作用，提供流體滲流的通道。關(guān)于裂縫面非匹配性的影響，前面已經(jīng)系統(tǒng)討論過(guò);而關(guān)于接觸面積的影響，由于裂縫中流體滲流的復(fù)雜性，在油氣田開(kāi)發(fā)中一直沒(méi)有相關(guān)方面的研究報(bào)道;在涉及裂縫中流體滲流的其他專業(yè)領(lǐng)域，Walsh，Zimmerman和Kirkpatrick等均提出了修正接觸面積影響的方法［19-21］，其基本思想均是采用規(guī)則的障礙物將接觸面積對(duì)流體滲流的阻礙作用等效化?？傊芽p面剪切滑移所造成的非匹配性及接觸面積均對(duì)裂縫結(jié)構(gòu)的滲流能力有負(fù)面作用，但裂縫面間的非匹配性可以對(duì)裂縫結(jié)構(gòu)起到自支撐作用。

4 結(jié) 論

1）以裂縫面隨機(jī)二維剖面線為例，分析目前常用考察剪切滑移作用實(shí)驗(yàn)的缺陷：裂縫平均開(kāi)度隨滑移距離的增加呈線性增長(zhǎng)趨勢(shì);隨滑移距離增加，粗糙度呈線性下降趨勢(shì)，誤差呈線性增長(zhǎng)趨勢(shì);當(dāng)滑移距離為0.6 mm時(shí)，裂縫開(kāi)度偏差達(dá)13％，粗糙度誤差達(dá)9.3％。

2）裂縫剖面線可拆分為V型結(jié)構(gòu)、正弦結(jié)構(gòu)及凹槽結(jié)構(gòu)3種基本單元體。隨剪切滑移距離的增加，基本單元體的滲透率產(chǎn)生數(shù)量級(jí)的減小，呈迅速下降趨勢(shì)并最終趨于穩(wěn)定。其他條件固定時(shí)，裂縫最小開(kāi)度是制約剪切滑移裂縫結(jié)構(gòu)滲流能力的關(guān)鍵因素。

3）二維剖面線結(jié)構(gòu)，滲透率隨剪切滑移距離的增加呈先下降后升高趨勢(shì)，但總體呈下降趨勢(shì);隨非匹配程度的增加，二維剖面線結(jié)構(gòu)滲透率呈略微下降趨勢(shì)。

4）三維裂縫滲透率隨剪切滑移距離的增加呈下降趨勢(shì)，但下降幅度要比基本組成單元和二維剖面線結(jié)構(gòu)要低。

5）考慮接觸面積影響時(shí)，剪切滑移作用造成的裂縫面間接觸面積的分布具有隨機(jī)性。剪切滑移作用造成的裂縫面間非匹配性可以為裂縫結(jié)構(gòu)提供自支撐作用，從而提供流體滲流的通道;但非匹配性及接觸面積均對(duì)裂縫結(jié)構(gòu)的滲流能力有負(fù)面作用。

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（編 輯 雷雁林）

收稿日期：2019－09－29

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作者簡(jiǎn)介：曲冠政，男，山東萊州人，博士，從事復(fù)雜油氣藏儲(chǔ)層增產(chǎn)改造及提高采收率研究。