一种模拟注水井水压驱动裂缝延伸动态的方法技术

本发明专利技术公开一种模拟注水井水压驱动裂缝延伸动态的方法，包括以下步骤：根据油藏地质研究取得已有裂缝目标注水井的油藏地质特征参数；综合达西滤失模型、连续性方程、物质平衡方程以及初始条件建立注水井水压驱动水力裂缝扩展模型；基于渗流力学理论的油水两相渗流模型将滤失进入地层的流体量作为源项，结合裂缝中流体压力建立的边界条件，建立流体与岩石之间的孔弹性变形关系，即流‑固耦合模型，计算地层孔隙压力并得到流体压力变化引起的应变及孔渗变化；再求得流‑固耦合作用后的裂缝延伸动态，再把求得的新参数作为初始条件重复，最后得到裂缝裂缝延伸动态。本发明专利技术根据施工及地质参数可预测注水井中裂缝的动态延伸情况以及储层中参数的动态变化情况。

【技术实现步骤摘要】
一种模拟注水井水压驱动裂缝延伸动态的方法
本专利技术涉及一种模拟注水井水压驱动裂缝延伸动态的方法，属于油气田开发

技术介绍
陆上大多油气区地层的非均质性严重，储层固结强度高，致密，到生产后期大多存在注水井底污染严重、地层能量亏空的现象，所以注水井井底注入压力抬升快，注入量难达到配注要求。为了解决这些问题，一般是较大排量注入水，在井底憋压，当井底压力超过地层破裂压力后，压开近井地层，穿透污染带，再以油田开采要求的配注连续或间断性注入。该过程既能够满足开发要求的配注量，同时又能使井底注入压力稳定保持在较低的位置。但在配注时，储层中裂缝是否延伸，其延伸机理是什么，目前国内学者尚未给出合理科学的研究方法。目前国内外对于水力裂缝延伸的研究主要是针对于陆地上的生产压裂井(OuchiH,KatiyarA,FosterJT,etal.APeridynamicsModelforthePropagationofHydralicFracturesinHeterogeneous,NaturallyFracturedReservoirs[R].SPE173361,2015；罗天雨,赵金洲.水力压裂横向多裂缝扩展模型[J].天然气工业,2007,27(10):75-78；CN105114065A)。而陆地上的储层条件一般较差，主要表现在渗透率较低、孔隙度较小以及非均质性强等，并且在陆地上进行水力压裂作业，整个过程时间较短，排量较大，其目的是形成一条水力裂缝，增加裂缝导流能力达到增产的作用(李理,桑晓彤,陈霞飞.低渗透储层裂缝研究现状及进展[J].地球物理学进展,2017,32(6):2472-2484；张旭.页岩气储层水力压裂物理模拟试验研究.石油钻探技术,2013(02):7U-74.)。而注水井水压驱动裂缝扩展的特征是：第一，针对的目标储层特殊，开采后期注水井目标储层含水饱和度相对较高，含油饱和度都较低。这与生产井的压裂实际地质情况差异很大(彭太祥，石建设，顾文滨，等.注水井双层同步测调一体化技术[J].大庆石油地质与开发,2018,37(1):94-97.张琪.注水井暂堵酸化技术研究[D].黑龙江：东北石油大学，2017)；第二，注水井水压力驱动分为两个过程，包括井底憋压过程与后期注入过程，井底憋压过程很短但相对于生产井大排量压裂时间又更长，当井底压力超过地层破裂压力后地层岩石起裂并达到穿过污染带，而注入过程则是一个小排量缓慢注入过程，一般基于油田开发要求在10年以上；第三，陆上生产井压裂过程由于时间短，所以压裂过程中的流固耦合作用影响一般较小，但是在注水井的较长时间注入过程中，流固耦合作用的效果则非常明显。迄今为止，尚未见到针对于注水井注水压力驱动裂缝扩展模拟研究。而国内陆地上大多数油田都进入到中后期，地层压力抬升快、配注量不够等问题相继出现。所以采用注水憋压起裂技术是势在必行的趋势。为了能够准确预测、分析注入过程中的裂缝起裂及裂缝扩展过程，有必要找到一种适应该地质条件的数学模拟方法，填补油田开发技术研究在这一方面的空白。
技术实现思路
本专利技术主要是克服现有技术中的不足之处，提出一种模拟注水井水压驱动裂缝延伸动态的方法，该方法考虑了注水过程中井底憋压起裂过程、注入水诱导储层岩石变形作用以及孔隙压力增加对岩石骨架的挤压作用，基于弹性力学、渗流力学、数值模拟原理以及流固耦合理论等建立了适用于开采后期注水井注水过程裂缝延伸扩展流固耦合数学模拟模型，利用该模型，根据施工及地质参数可预测裂缝的动态延伸情况以及储层中参数的动态变化情况，该方法的提出填补了现有研究理论技术的空白。本专利技术解决上述技术问题所提供的技术方案是：一种模拟注水井水压驱动裂缝延伸动态的方法，包括以下步骤：(1)根据油藏地质研究取得已有裂缝目标注水井的油藏地质特征参数，确定初始条件和边界条件；(2)基于上述油藏地质特征参数，综合达西滤失模型、连续性方程、物质平衡方程以及初始条件建立注水井水压驱动水力裂缝扩展模型，并求得裂缝扩展过程中的滤失项及边界压力传导项；(3)基于渗流力学理论的油水两相渗流模型将滤失进入地层的流体量作为源项，结合裂缝中流体压力建立的边界条件，模拟计算出储层中孔隙压力动态变化；(4)综合弹性力学理论和前述渗流力学理论，建立流体与岩石之间的孔弹性变形关系，即流-固耦合模型，代入步骤(3)计算地层孔隙压力并得到流体压力变化引起的应变及孔渗变化；(5)把步骤(4)中计算的结果代入步骤(2)、(3)，可得到变化后的孔隙压力，变化后的孔隙压力反作用到达西滤失模型，再通过步骤(2)可求得流-固耦合作用后的裂缝延伸动态，(6)再把求得的新参数作为初始条件重复步骤(2)-(5)，最后得到裂缝裂缝延伸动态。进一步的技术方案是，所述步骤(1)中的油藏地质特征参数基于油藏工程研究结果确定，注入速度按注采平衡关系确定，其油藏地质特征参数包括渗透率、孔隙度、水饱和度、地层压力、地层岩石力学参数。进一步的技术方案是，所述步骤(2)的具体过程为：根据油藏地质特征参数，通过下式可计算得到裂缝中流体压力Pf分布、裂缝长度Lf、裂缝宽度W以及滤失到储层的流体量qf：式中：W为裂缝宽度，m；μ为注入流体粘度，mPa·s；σn为最小水平主应力，MPa；K为裂缝壁面渗透率，μm2；H为储层高度，m；Pr为距离裂缝最近网格处孔隙压力，MPa；Q0为注入速率，m3/d；t为施工的时间，d；x为模型的横坐标，m；F为滤失速度，m/d。进一步的技术方案是，所述步骤(3)的具体过程为：基于步骤(2)得到的流体压力Pf、裂缝长度Lf、滤失到储层的流体量qf、代入初始渗透率、初始孔隙度、初始孔隙压力以及初始油水饱和度到油水两相的渗流模型中就可以得到离散单元时间后的储层孔隙压力分布，其油水两相的渗流模型如下：式中：k为储层绝对渗透率，μm2；kro为初始渗透率，μm2；krw为油水相对渗透率，无量纲；ρo为初始密度，kg/m3；ρw为油水密度，kg/m3；μo为初始粘度，mPa·s；μw为油水的粘度，mPa·s；So为初始饱和度；Sw为油水的饱和度，无量纲。进一步的技术方案是，所述步骤(3)中求解储层压力时，把裂缝内流体压力分布作为储层孔隙压力计算的边界条件，即：Pr|Γ＝Pf式中：Γ为储层边界。进一步的技术方案是，所述步骤(4)的具体过程为：把步骤(3)计算的孔隙压力代入固体变形方程中得到压力引起的应变；把求得压力应变代入耦合方程，可以得到耦合后的孔隙度、渗透率，其固体变形方程：式中：u为岩石骨架沿x轴方向的位移，m；v为岩石骨架沿y轴方向的位移，m；λ为拉梅常数；G为岩石的剪切模量，MPa；εv为岩石骨架的形变，无量纲；x为模型的横坐标，m；y为模型的纵坐标，m；其流-固合孔隙度模型：式中：φ0为初始储层孔隙度，无量纲；T0为初始储层温度，℃；γ为热膨胀系数，1/℃；流-固耦合渗透率模型：式中：k0为初始储层渗透率，μm2。专利技术的有益效果是具有以下优点：使用该方法可以模拟及预测油田开发后期特殊地质条件下(高孔高渗等)微压裂增注过程中裂缝扩展的动态情况，通过达西滤失模型建立了裂缝延伸与储层之间的动态耦合，同时还考虑了长期增注过程中冷流体对储层岩石的冷却效应以及孔弹性作用，最后利用热-流-本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模拟注水井水压驱动裂缝延伸动态的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)根据油藏地质研究取得已有裂缝目标注水井的油藏地质特征参数，确定初始条件和边界条件；(2)基于上述油藏地质特征参数，综合达西滤失模型、连续性方程、物质平衡方程以及初始条件建立注水井水压驱动水力裂缝扩展模型，并求得裂缝扩展过程中的滤失项及边界压力传导项；(3)基于渗流力学理论的油水两相渗流模型将滤失进入地层的流体量作为源项，结合裂缝中流体压力建立的边界条件，模拟计算出储层中孔隙压力动态变化；(4)综合弹性力学理论和前述渗流力学理论，建立流体与岩石之间的孔弹性变形关系，即流‑固耦合模型，代入步骤(3)计算地层孔隙压力并得到流体压力变化引起的应变及孔渗变化；(5)把步骤(4)中计算的结果代入步骤(2)、(3)，可得到变化后的孔隙压力，变化后的孔隙压力反作用到达西滤失模型，再通过步骤(2)可求得流‑固耦合作用后的裂缝延伸动态，(6)再把求得的新参数作为初始条件重复步骤(2)‑(5)，最后得到裂缝裂缝延伸动态。

【技术特征摘要】
1.一种模拟注水井水压驱动裂缝延伸动态的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)根据油藏地质研究取得已有裂缝目标注水井的油藏地质特征参数，确定初始条件和边界条件；(2)基于上述油藏地质特征参数，综合达西滤失模型、连续性方程、物质平衡方程以及初始条件建立注水井水压驱动水力裂缝扩展模型，并求得裂缝扩展过程中的滤失项及边界压力传导项；(3)基于渗流力学理论的油水两相渗流模型将滤失进入地层的流体量作为源项，结合裂缝中流体压力建立的边界条件，模拟计算出储层中孔隙压力动态变化；(4)综合弹性力学理论和前述渗流力学理论，建立流体与岩石之间的孔弹性变形关系，即流-固耦合模型，代入步骤(3)计算地层孔隙压力并得到流体压力变化引起的应变及孔渗变化；(5)把步骤(4)中计算的结果代入步骤(2)、(3)，可得到变化后的孔隙压力，变化后的孔隙压力反作用到达西滤失模型，再通过步骤(2)可求得流-固耦合作用后的裂缝延伸动态，(6)再把求得的新参数作为初始条件重复步骤(2)-(5)，最后得到裂缝裂缝延伸动态。2.根据权利要求1所述的一种模拟注水井水压驱动裂缝延伸动态的方法，其特征在于，所述步骤(1)中的油藏地质特征参数基于油藏工程研究结果确定，注入速度按注采平衡关系确定，其油藏地质特征参数包括渗透率、孔隙度、水饱和度、地层压力、地层岩石力学参数。3.根据权利要求2所述的一种模拟注水井水压驱动裂缝延伸动态的方法，其特征在于，所述步骤(2)的具体过程为：根据油藏地质特征参数，通过下式可计算得到裂缝中流体压力Pf分布、裂缝长度Lf、裂缝宽度W以及滤失到储层的流体量qf：式中：W为裂缝宽度，m；μ为注入流体粘度，mPa·s；σn为最小水平主应力，MPa；K为裂缝壁面渗透率，μm2；t为施工的时间，d；x为模型的横坐...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡永全，王强，赵金洲，杨寨，刘常清，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：四川,51