水平井压裂近井筒裂缝扭曲形态数值模拟方法技术

公开了一种水平井压裂近井筒裂缝扭曲形态数值模拟方法。该方法可以包括：根据地层参数与施工参数，建立多层非均质地层模型；根据流体渗流方程、岩石变形方程、裂缝扭曲准则与裂缝面流体流动方程，建立流固耦合数值方程；根据流固耦合数值方程，在多层非均质地层模型内进行扩展有限元数值模拟，确定水平井压裂近井筒裂缝每一个时刻的扭曲形态。本发明专利技术通过计算裂缝宽度变化，分析施工参数等因素对裂缝扭曲变化的影响，根据裂缝扭曲变化程度和变化时间，提高水平井压裂优化设计的针对性，为现场水平井压裂优化设计提供理论依据。

【技术实现步骤摘要】
水平井压裂近井筒裂缝扭曲形态数值模拟方法
本专利技术涉及油气田开发领域，更具体地，涉及一种水平井压裂近井筒裂缝扭曲形态数值模拟方法。
技术介绍
目前对于页岩气、致密气等非常规油气藏的开发大多采用水平井分段压裂技术，水平井压裂与直井压裂不同之处在于近井筒区域可形成裂缝扭曲，理论计算和物模实验验证了这种裂缝扭曲现象可能性。Zhangetal.(2005)应用拉格朗日数值计算方法模拟了近井筒附近三维裂缝裂缝转向问题，并与实验结果进行了对比，但他们的模型没有考虑裂缝及孔隙内流体流动与岩石变形间的耦合关系；Lecampionetal.(2013)分析了水平井压裂近井筒附近横向和纵向裂缝间竞争关系，分析结果主要与地层特征、施工参数、射孔参数及应力场有关，该模型的主要局限是无法实时显示裂缝扩展及扭曲形态，不能直观观察到裂缝变化过程；Shermanetal.(2015)应用三维有限元模型模拟了水平井近井筒附近裂缝扩展与转向，结果显示了近井筒附近裂缝复杂程度，记录了与这种复杂程度相一致的压力关系，但模型建立在单层均质储层基础上，且没有考虑施工参数、应力差等因素对裂缝复杂程度影响，没有量化裂缝从横向裂缝扭曲为纵向裂缝时的宽度变化。因此，有必要开发一种水平井压裂近井筒裂缝扭曲形态数值模拟方法。公开于本专利技术
技术介绍
部分的信息仅仅旨在加深对本专利技术的一般
技术介绍
的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
技术实现思路
本专利技术提出了一种水平井压裂近井筒裂缝扭曲形态数值模拟方法，其能够通过计算裂缝宽度变化，分析施工参数等因素对裂缝扭曲变化的影响，根据裂缝扭曲变化程度和变化时间，提高水平井压裂优化设计的针对性，为现场水平井压裂优化设计提供理论依据。所述方法可以包括：根据地层参数与施工参数，建立多层非均质地层模型；根据流体渗流方程、岩石变形方程、裂缝扭曲准则与裂缝面流体流动方程，建立流固耦合数值方程；根据所述流固耦合数值方程，在所述多层非均质地层模型内进行扩展有限元数值模拟，确定水平井压裂近井筒裂缝每一个时刻的扭曲形态。优选地，所述地层参数包括：初始地应力场、初始渗流场、初始孔隙度与裂缝面滤失系数、层理数量与层理厚度。优选地，所述施工参数包括施工流体排量与施工流体粘度。优选地，所述岩石变形方程为：其中，σij,e为ij平面的弹性应力，σij，e0为ij平面的初始弹性应力，εij,e为ij平面的弹性应变，Δij表示在ij平面前一个参数的变化量，εkk,e为垂直于K平面方向的弹性应变，G为弹性剪切模量，K为弹性体积模量，i、j代表i、j坐标方向，e表示弹性。优选地，所述流体渗流方程为：其中，β和M为Biot系数，k为岩石渗透率，γ为孔隙流体比重。优选地，根据所述裂缝面流体流动方程，获得裂缝顶面法向滤失速率与裂缝底面法向滤失速率，进而建立流固耦合数值方程。优选地，所述裂缝面流体流动方程为：其中，vt为裂缝顶面法向滤失速率，vb为裂缝底面法向滤失速率，gf为裂缝距，q为单位缝宽压裂液流体积。优选地，所述裂缝顶面法向滤失速率为：vt＝lt(pf-pt)(9)其中，vt为裂缝顶面法向滤失速率，lt为滤失系数，pt为裂缝顶面孔隙流体压力，pf为压裂液压力；所述裂缝底面法向滤失速率为：vb＝lb(pf-pb)(10)其中，vb为裂缝底面法向滤失速率，lb为滤失系数，pb为裂缝底面孔隙流体压力，pf为压裂液压力。优选地，根据所述裂缝扭曲准则为裂缝扩展临界能量释放率准则。优选地，所述裂缝扩展临界能量释放率准则为：其中，GS＝Gs+Gt，GT＝Gn+GS,为法向断裂临界应变能释放率；为两切向断裂临界能量释放率，B-K准则认为η为与材料本身特性有关的常数；GC为复合型裂缝临界断裂能量释放率。本专利技术的有益效果在于：分析水平井压裂近井筒附近裂缝空间扭曲面的形成过程，实时显示不同时间段裂缝扩展、扭曲形态，量化裂缝扭曲形成时间，计算裂缝宽度变化，分析施工参数等因素对裂缝扭曲变化的影响，根据裂缝扭曲变化程度和变化时间，提高水平井压裂优化设计的针对性，为现场水平井压裂优化设计提供理论依据。本专利技术具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方式中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本专利技术的特定原理。附图说明通过结合附图对本专利技术示例性实施例进行更详细的描述，本专利技术的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本专利技术示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。图1示出了根据本专利技术的水平井压裂近井筒裂缝扭曲形态数值模拟方法的步骤的流程图。图2a与图2b分别示出了根据本专利技术的一个实施例的水平井压裂近井筒裂缝扭曲初始模型中水平井筒与初始纵向裂缝的示意图。图3示出了根据本专利技术的一个实施例的裂缝扭曲开始形成的模拟图。图4示出了根据本专利技术的一个实施例的裂缝扭曲完全形成的模拟图。具体实施方式下面将参照附图更详细地描述本专利技术。虽然附图中显示了本专利技术的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本专利技术而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本专利技术更加透彻和完整，并且能够将本专利技术的范围完整地传达给本领域的技术人员。图1示出了根据本专利技术的水平井压裂近井筒裂缝扭曲形态数值模拟方法的步骤的流程图。在该实施例中，根据本专利技术的水平井压裂近井筒裂缝扭曲模拟方法可以包括：步骤101，根据地层参数与施工参数，建立多层非均质地层模型；步骤102，根据流体渗流方程、岩石变形方程、裂缝扭曲准则与裂缝面流体流动方程，建立流固耦合数值方程；步骤103，根据流固耦合数值方程，在多层非均质地层模型内进行扩展有限元数值模拟，确定水平井压裂近井筒裂缝每一个时刻的扭曲形态。在一个示例中，地层参数包括：初始地应力场、初始渗流场、初始孔隙度与裂缝面滤失系数、层理数量与层理厚度。在一个示例中，施工参数包括施工流体排量与施工流体粘度。在一个示例中，岩石变形方程为：其中，σij,e为ij平面的弹性应力，σij,e0为ij平面的初始弹性应力，εij,e为ij平面的弹性应变，Δij表示在ij平面前一个参数的变化量，εkk,e为垂直于K平面方向的弹性应变，G为弹性剪切模量，K为弹性体积模量，i、j代表i、j坐标方向，e表示弹性。在一个示例中，流体渗流方程为：其中，β和M为Biot系数，k为岩石渗透率，γ为孔隙流体比重。在一个示例中，根据裂缝面流体流动方程，获得裂缝顶面法向滤失速率与裂缝底面法向滤失速率，进而建立流固耦合数值方程。在一个示例中，裂缝面流体流动方程为：其中，vt为裂缝顶面法向滤失速率，vb为裂缝底面法向滤失速率，gf为裂缝距，q为单位缝宽压裂液流体积。在一个示例中，裂缝顶面法向滤失速率为：vt＝lt(pf-pt)(9)其中，vt为裂缝顶面法向滤失速率，lt为滤失系数，pt为裂缝顶面孔隙流体压力，pf为压裂液压力；裂缝底面法向滤失速率为：vb＝lb(pf-pb)(10)其中，vb为裂缝底面法向滤失速率，lb为滤失系数，pb为裂缝底面孔隙流体压力，pf为压裂液压力。在一个示例中，裂缝扭曲准则为裂缝扩展临界能量释放率准则。在一个示例中，裂缝扩展临界能量释放率准则本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水平井压裂近井筒裂缝扭曲形态数值模拟方法，包括：根据地层参数与施工参数，建立多层非均质地层模型；根据流体渗流方程、岩石变形方程、裂缝扭曲准则与裂缝面流体流动方程，建立流固耦合数值方程；根据所述流固耦合数值方程，在所述多层非均质地层模型内进行扩展有限元数值模拟，确定水平井压裂近井筒裂缝每一个时刻的扭曲形态。

【技术特征摘要】
1.一种水平井压裂近井筒裂缝扭曲形态数值模拟方法，包括：根据地层参数与施工参数，建立多层非均质地层模型；根据流体渗流方程、岩石变形方程、裂缝扭曲准则与裂缝面流体流动方程，建立流固耦合数值方程；根据所述流固耦合数值方程，在所述多层非均质地层模型内进行扩展有限元数值模拟，确定水平井压裂近井筒裂缝每一个时刻的扭曲形态。2.根据权利要求1所述的水平井压裂近井筒裂缝扭曲形态数值模拟方法，其中，所述地层参数包括：初始地应力场、初始渗流场、初始孔隙度与裂缝面滤失系数、层理数量与层理厚度。3.根据权利要求1所述的水平井压裂近井筒裂缝扭曲形态数值模拟方法，其中，所述施工参数包括施工流体排量与施工流体粘度。4.根据权利要求1所述的水平井压裂近井筒裂缝扭曲形态数值模拟方法，其中，所述岩石变形方程为：其中，σij,e为ij平面的弹性应力，σij,e0为ij平面的初始弹性应力，εij,e为ij平面的弹性应变，Δij表示在ij平面前一个参数的变化量，εkk,e为垂直于K平面方向的弹性应变，G为弹性剪切模量，K为弹性体积模量，i、j代表i、j坐标方向，e表示弹性。5.根据权利要求1所述的水平井压裂近井筒裂缝扭曲形态数值模拟方法，其中，所述流体渗流方程为：其中，β和M为Biot系数，k为岩石渗透率，γ为孔隙流体比重，p'kk为垂直于K平面的孔隙压力张量，p'为孔隙压力张量，ε'kk为垂直于K...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙志宇，苏建政，张汝生，刘长印，黄志文，郑惠光，李凤霞，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11