循环注液条件下同步压裂裂缝扩展规律的创新研究

针对同步压裂中应力阴影（stress shadow）导致的多裂缝非均匀扩展问题，研究人员提出采用循环注液（cyclic injection）技术缓解应力干扰，通过扩展有限元法（XFEM）建立多裂缝动态扩展模型，揭示了注液周期、振幅和相位对裂缝形态的调控机制，为提升储层改造体积（SRV）提供了新方案。

　　

在非常规油气开发领域，同步压裂技术因能显著提升作业效率而备受青睐，但应力阴影效应（stress shadow）导致的多裂缝非均匀扩展问题长期困扰着工程人员。传统解决方案如增大井距或采用顺序压裂，虽能缓解应力干扰，却牺牲了储层改造体积（SRV）或施工效率。近年来，循环注液（cyclic injection）技术因其能通过波动压力激发动态应力、提升裂缝网络复杂性而崭露头角，但该技术在同步压裂中的应用机制尚不明确。

针对这一空白，天津大学的研究团队在《Geomechanics for Energy and the Environment》发表研究，首次将循环注液与同步压裂结合，利用扩展有限元法（XFEM）构建了多裂缝动态扩展模型。该技术通过引入富集函数模拟不连续裂缝面，避免了网格重构，显著提升了计算效率。研究对比了恒定注液与循环注液模式下裂缝形态差异，并系统分析了注液周期、振幅和相位等参数的调控作用。

模型验证
通过对比实验室数据，证实XFEM模型能准确复现应力阴影导致的中间裂缝抑制现象，验证了模型的可靠性。

讨论
研究发现，循环注液产生的动态应力可打破传统同步压裂中裂缝的对称性扩展模式。当注液周期与裂缝扩展动态响应匹配时，裂缝分支数量增加40%；振幅增大则强化应力波动效应，而相位差设计可使相邻井裂缝产生协同干扰。尤为创新的是，团队提出"差异化循环注液方案"——对不同作业井采用不同周期的波动注液速率，使裂缝网络复杂度提升25%，SRV较传统方法提高18%。

结论与意义
该研究为同步压裂工程提供了理论突破：一是揭示了循环注液动态应力与多裂缝扩展的耦合机制；二是提出"时空参数协同调控"的工程优化思路，首次实现通过注液参数设计主动干预应力阴影。成果对非常规储层高效开发具有直接指导价值，相关模型已应用于页岩气田的压裂方案设计，显著降低了非均匀扩展导致的无效射孔簇比例。研究团队进一步指出，未来可结合机器学习优化注液参数组合，为智能压裂提供新范式。