Abstract For a better understanding of the proppants distribution in complicated hydraulic fractures, a numerical model was established to investigate the proppants transport in tortuous fractures after the shear displacement. First, a method combining the normal distribution random function and the random growth method was proposed to construct three-dimensional tortuous fractures. Because of the shear deformation, the tortuous fracture was divided into several branch channels, which was much more complicated than the parallel and smooth fracture. And then, proppants motion in tortuous fractures was simulated by the analysis of forces on proppants, considering the interaction between particles, between proppants and the slurry, and between proppants and the fracture surface. The accuracy of this model was verified by the comparison between the simulated result and the experimental observation. From the simulation under different conditions, it can be concluded that increasing the pumping rate and fracturing fluid viscosity and decreasing the proppant density are more effective ways to improve the proppant distribution compared with the increase of proppant concentration. However, problems of proppants distribution still remained by adjusting a single factor, which can be solved by the combination of multi-foctors. And the slurry pumping rate and proppant concentration needed to be optimized to avoid the sparse distribution of proppants in the fracture. This study is helpful to understand the mechanism of proppants transport in the complex fracture.

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页岩气藏曲折裂缝剪切变形后支撑剂输运数值分析

摘要 为了更好地理解复杂水力裂缝中支撑剂的分布，建立了数值模型来研究剪切位移后支撑剂在曲折裂缝中的输运。首先，提出了正态分布随机函数与随机增长法相结合的三维曲折裂缝构造方法。由于剪切变形，曲折的裂缝被分成几个分支通道，这比平行光滑的裂缝复杂得多。然后，通过对支撑剂作用力的分析，模拟了曲折裂缝中支撑剂的运动，考虑了颗粒之间、支撑剂与泥浆之间以及支撑剂与裂缝表面之间的相互作用。通过模拟结果与实验观察的对比验证了该模型的准确性。从不同工况下的模拟可以看出，与提高支撑剂浓度相比，提高泵送速度和压裂液粘度以及降低支撑剂密度是改善支撑剂分布的更有效途径。然而，支撑剂分布的问题仍然存在，通过调整单一因素，可以通过多因素的结合来解决。并且需要优化泥浆泵送速率和支撑剂浓度，以避免支撑剂在裂缝中的稀疏分布。该研究有助于理解复杂裂缝中支撑剂输运的机理。从不同工况下的模拟可以看出，与提高支撑剂浓度相比，提高泵送速度和压裂液粘度以及降低支撑剂密度是改善支撑剂分布的更有效途径。然而，支撑剂分布的问题仍然存在，通过调整单一因素，可以通过多因素的结合来解决。并且需要优化泥浆泵送速率和支撑剂浓度，以避免支撑剂在裂缝中的稀疏分布。该研究有助于理解复杂裂缝中支撑剂输运的机理。从不同工况下的模拟可以看出，与提高支撑剂浓度相比，提高泵送速度和压裂液粘度以及降低支撑剂密度是改善支撑剂分布的更有效途径。然而，支撑剂分布的问题仍然存在，通过调整单一因素，可以通过多因素的结合来解决。并且需要优化泥浆泵送速率和支撑剂浓度，以避免支撑剂在裂缝中的稀疏分布。该研究有助于理解复杂裂缝中支撑剂输运的机理。可以得出结论，与增加支撑剂浓度相比，提高泵送速度和压裂液粘度以及降低支撑剂密度是改善支撑剂分布的更有效途径。然而，支撑剂分布的问题仍然存在，通过调整单一因素，可以通过多因素的结合来解决。并且需要优化泥浆泵送速率和支撑剂浓度，以避免支撑剂在裂缝中的稀疏分布。该研究有助于理解复杂裂缝中支撑剂输运的机理。可以得出结论，与增加支撑剂浓度相比，提高泵送速度和压裂液粘度以及降低支撑剂密度是改善支撑剂分布的更有效途径。然而，支撑剂分布的问题仍然存在，通过调整单一因素，可以通过多因素的结合来解决。并且需要优化泥浆泵送速率和支撑剂浓度，以避免支撑剂在裂缝中的稀疏分布。该研究有助于理解支撑剂在复杂裂缝中的输运机制。并且需要优化泥浆泵送速率和支撑剂浓度，以避免支撑剂在裂缝中的稀疏分布。该研究有助于理解复杂裂缝中支撑剂输运的机理。并且需要优化泥浆泵送速率和支撑剂浓度，以避免支撑剂在裂缝中的稀疏分布。该研究有助于理解复杂裂缝中支撑剂输运的机理。