一种缝网压裂中缝网结构参数的优化方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种缝网压裂中缝网结构参数的优化方法和装置，该方法包括：基于树状分形理论，建立树状分叉网络结构参数关系，确定树状分叉网络裂缝总体积；基于树状分形理论，建立复杂缝网区域考虑缝宽变化的质量流量关系，通过质量流量关系式确定树状分叉网络裂缝的渗透率模型；在定树状分叉网络裂缝总体积的条件下计算不同结构参数组合下的渗透率，根据渗透率的计算结果确定树状分叉网络裂缝的最佳结构参数。本发明专利技术提供的一种缝网压裂中缝网结构参数的优化方法和装置，克服了现有技术中无法对树状分叉网络结构中的结构参数进行优化的技术问题，且采用树形分形理论描述裂缝形态，与裂缝形态更加符合。

【技术实现步骤摘要】
一种缝网压裂中缝网结构参数的优化方法和装置
：本专利技术涉及石油天然气开发领域，具体涉及一种缝网压裂中缝网结构参数的优化方法和装置。
技术介绍
页岩气藏渗透率低，流动能力差，水力压裂是开发页岩气藏的重要手段，其中缝网压裂是开发页岩气最高效的方式。在对页岩储层进行缝网压裂后，会在基质中形成复杂缝网，从而改变基质的渗流特征，提高页岩气的产量。缝网的结构形态是影响改造区渗透率和支撑剂用量的关键因素。在现有技术中，根据缝网的扩展特征，可以将复杂缝网结构视为树状分叉网络结构。合理的缝网结构设计是提高页岩气在缝网中流动能力和渗透率的重要保证，也是有效优选缝网压裂支撑剂和高效经济开发页岩气资源的关键因素。但是目前还没有方法能够对树状分叉网络结构中的结构参数(如长度比、宽度比等参数)进行优化。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种缝网压裂中缝网结构参数的优化方法和装置，解决了现有技术中无法对树状分叉网络结构中的结构参数进行优化的技术问题，能够优化出适宜储层条件的缝网结构参数，并为压裂施工提供理论指导。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的。第一方面，本申请提供了一种缝网压裂中缝网结构参数的优化方法，包括步骤：(1)基于树状分形理论，建立树状分叉网络结构参数关系，确定树状分叉网络裂缝总体积；(2)基于树状分形理论，建立复杂缝网区域考虑缝宽变化的质量流量关系，通过质量流量关系式确定树状分叉网络裂缝的渗透率模型；(3)在定树状分叉网络裂缝总体积的条件下计算不同结构参数组合下的渗透率，根据渗透率的计算结果确定树状分叉网络裂缝的最佳结构参数。进一步地，步骤(1)中的树状分叉网络裂缝总体积表达式为：式中，V为树状分叉网络裂缝总体积；下标k为树状网络级数序号；m为树状网络级数；a为第k级裂缝缝高；bk为第k级裂缝缝宽；lk为第k级裂缝缝长；n为树状网络分叉数；r为微裂缝纵横比；b0为初始裂缝缝宽；l0为初始裂缝缝长；α为缝宽比；γ为缝长比。进一步地，步骤(2)中，所述质量流量关系包括页岩气体粘性流、表面扩散、克努森扩散中的一种或多种运移方式。进一步地，步骤(2)中，通过质量流量关系式确定树状分叉网络裂缝的渗透率模型时，是基于广义达西定律建立树状分叉网络裂缝的渗透率模型。进一步地，步骤(3)中在定树状分叉网络裂缝总体积的条件下计算不同结构参数组合下的渗透率，根据渗透率的计算结果确定树状分叉网络裂缝的最佳的结构参数时，通过支撑剂体积确定树状分叉网络裂缝总体积，在已知树状分叉网络裂缝的改造长度下，计算不同宽度比、长度比组合的渗透率；通过比较渗透率结果，得到最优的结构参数组合。进一步地，还包括使用最佳结构参数的结果进行压裂泵注程序设计。第二方面，本申请提供了一种缝网压裂中缝网结构参数的优化装置，其特征在于，所述装置包括：树状分叉网络裂缝总体积确定模块，用于利用树状分形理论，建立树状分叉网络结构参数关系，确定树状分叉网络裂缝总体积；树状分叉网络裂缝的渗透率确定模块，用于利用树状分形理论，建立复杂缝网区域考虑缝宽变化的质量流量关系，通过质量流量关系式确定树状分叉网络裂缝的渗透率模型；最佳结构参数确定模块，用于在定树状分叉网络裂缝总体积的条件下计算不同结构参数组合下的渗透率，根据渗透率的计算结果确定树状分叉网络裂缝的最佳结构参数。进一步地，所述树状分叉网络裂缝总体积表达式为：式中，V为树状分叉网络裂缝总体积；下标k为树状网络级数序号；m为树状网络级数；a为第k级裂缝缝高；bk为第k级裂缝缝宽；lk为第k级裂缝缝长；n为树状网络分叉数；r为微裂缝纵横比；b0为初始裂缝缝宽；l0为初始裂缝缝长；α为缝宽比；γ为缝长比。进一步地，所述质量流量关系包括页岩气体粘性流、表面扩散、克努森扩散中的一种或多种运移方式。进一步地，所述最佳结构参数确定模块还包括：渗透率计算单元，所述渗透率计算单元用于通过支撑剂体积确定树状分叉网络裂缝总体积，在已知树状分叉网络裂缝的改造长度下，计算不同宽度比、长度比组合的渗透率；渗透率比较单元，所述渗透率比较单元用于比较渗透率结果，得到最优的结构参数组合。与现有技术相比，本专利技术带来的有益技术效果包括：(1)本专利技术解决了现有技术中无法对树状分叉网络结构中的结构参数进行优化的技术问题。(2)本专利技术基于定支撑剂体积的思想，能够计算不同结构参数组合下的缝网渗透率。(3)本专利技术中能够根据储层页岩的实际赋存、渗流情况，考虑页岩气的多种运移形态，如滑脱流、克努森扩散、表面扩散中的一种或多种。(4)本专利技术能够采用树形分形理论，建立树状分叉网络的结构参数描述关系，与树状分叉网络的实际形态更加符合。附图说明图1为缝网压裂树状分叉网络的结构示意图。图2为缝网渗透率与宽度比的变化关系曲线图。图3为缝网渗透率与长度比的变化关系曲线图。图4为不同宽度比α、长度比γ组合对应的缝网渗透率。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步的描述。(1)基于树状分形理论，建立树状分叉网络结构参数关系，确定树状分叉网络裂缝总体积；如说明书附图1中所示，缝网压裂后形成的复杂缝网结构可以视为看作树状分叉网络，所以通过树状分形理论得：式中bk为第k级裂缝缝宽，m；b0为初始裂缝缝宽，m；lk为第k级裂缝缝长，m；l0为初始裂缝缝长，m；le为数树状网络水平长度(改造长度)，m；α为缝宽比，无量纲；γ为缝长比，无量纲；θ为树状分叉角，°；m为树状网络级数，无量纲；将所有裂缝的体积叠加即可得到树状分叉网络裂缝的总体积，则树状分叉网络裂缝总体积表达式如下：式中n为树状网络分叉数，无量纲；r为微裂缝纵横比，无量纲；(2)基于树状分形理论，建立复杂缝网区域考虑缝宽变化的质量流量关系，通过质量流量关系式确定树状分叉网络裂缝的渗透率模型；以第k级裂缝的气体流动为例，推导其质量流量关系，其详细过程如下：页岩孔隙特征决定了其气体在微孔隙中存在多动运移方式，如粘性流、表面扩散、克努森扩散等，本领域技术人员可以根据实际页岩储层的不同赋存、运移特点，建立相应的页岩气质量流量关系，下面以页岩孔隙中同时存在粘性流、表面扩散、克努森扩散三种方式时，建立对应的质量流动关系式。同时考虑滑脱效应和裂缝形状对质量流量的影响，树状分形第k级裂缝气体粘性流的质量流量为：式中下标k为裂缝级数，φ为微裂缝孔隙度，无因次；τ为微裂缝迂曲度，无因次；A(r)为对连续流动产生影响的微裂缝截面形状因子，无因次；r为纵横比，无因次；b为缝宽，m；a为缝高，m；μ为气体粘度，mPa·s；p为地层压力，Mpa；M为气体摩尔质量，kg/mol；R为气体常数，其值为8.314J·mol-1K-1；T为地层温度，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种缝网压裂中缝网结构参数的优化方法，其特征在于，包括步骤：/n(1)基于树状分形理论，建立树状分叉网络结构参数关系，确定树状分叉网络裂缝总体积；/n(2)基于树状分形理论，建立复杂缝网区域考虑缝宽变化的质量流量关系，通过质量流量关系式确定树状分叉网络裂缝的渗透率模型；/n(3)在定树状分叉网络裂缝总体积的条件下计算不同结构参数组合下的渗透率，根据渗透率的计算结果确定树状分叉网络裂缝的最佳结构参数。/n

【技术特征摘要】
1.一种缝网压裂中缝网结构参数的优化方法，其特征在于，包括步骤：
(1)基于树状分形理论，建立树状分叉网络结构参数关系，确定树状分叉网络裂缝总体积；
(2)基于树状分形理论，建立复杂缝网区域考虑缝宽变化的质量流量关系，通过质量流量关系式确定树状分叉网络裂缝的渗透率模型；
(3)在定树状分叉网络裂缝总体积的条件下计算不同结构参数组合下的渗透率，根据渗透率的计算结果确定树状分叉网络裂缝的最佳结构参数。


2.如权利要求1所述的缝网压裂中缝网结构参数的优化方法，所述步骤(1)中所述树状分叉网络裂缝总体积表达式为：



式中，V为树状分叉网络裂缝总体积；下标k为树状网络级数序号；m为树状网络级数；a为第k级裂缝缝高；bk为第k级裂缝缝宽；lk为第k级裂缝缝长；n为树状网络分叉数；r为微裂缝纵横比；b0为初始裂缝缝宽；l0为初始裂缝缝长；α为缝宽比；γ为缝长比。


3.如权利要求1所述的缝网压裂中缝网结构参数的优化方法，所述步骤(2)中，所述质量流量关系包括页岩气体粘性流、表面扩散、克努森扩散中的一种或多种运移方式。


4.如权利要求1所述的缝网压裂中缝网结构参数的优化方法，所述步骤(2)中，通过质量流量关系式确定树状分叉网络裂缝的渗透率模型时，是基于达西定律建立树状分叉网络裂缝的渗透率模型。


5.如权利要求1所述的缝网压裂中缝网结构参数的优化方法，所述步骤(3)中在定树状分叉网络裂缝总体积的条件下计算不同结构参数组合下的渗透率，根据渗透率的计算结果确定树状分叉网络裂缝的最佳的结构参数时，还包括：
通过支撑剂体积确定树状分叉网络裂缝总体积，在已知树状分叉网络裂缝的改造长度下，计算不同宽度比、长度比组合的渗透率；
通过比较渗透率结果，得到...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾凡辉，张涛，杨铠嵽，郭建春，任文希，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：四川;51