水平井分段多簇压裂裂缝扩展与支撑剂运移一体化的建模方法技术

本发明专利技术实施例涉及一种水平井分段多簇压裂裂缝扩展与支撑剂运移一体化的建模方法，包括步骤S10，获取地层参数、施工参数、完井参数；步骤S20：设定初始的缝压和缝宽；步骤S30：建立耦合井筒流动的水平井分段多簇压裂裂缝扩展计算模型；步骤S40：建立时间步递增模型；步骤S50：建立压裂缝内支撑剂运移计算模型；步骤S60：判断该时刻是否加入支撑剂，若是，则采用高阶加权本质不震荡有限差分方法对压裂裂缝扩展过程中支撑剂运移进行计算，得到缝内支撑剂分布；若不是，则进入下一步；步骤S70：判断时间步是否达到施工时间，若没有则返回步骤S4，否则结束计算。

【技术实现步骤摘要】
水平井分段多簇压裂裂缝扩展与支撑剂运移一体化的建模方法
本专利技术实施例涉及油气田开发
，特别涉及一种水平井分段多簇压裂裂缝扩展与支撑剂运移一体化的建模方法。
技术介绍
非常规油气藏的开发依赖于水平井分段多簇压裂的发展和应用。水平井分段多簇压裂通过“分簇射孔”技术实现一段多裂缝扩展，从而进一步提高施工效率、节约施工成本。多簇压裂后在地层会形成具有一定导流能力的填砂裂缝，裂缝中的支撑剂分布形态将直接影响裂缝导流能力和油气井产能，故对压裂缝中的支撑剂运移规律进行研究十分必要。然而，目前对于水平井分段多簇压裂裂缝扩展、多裂缝非均匀扩展过程缝内支撑剂分布规律等问题研究并不充分，特别是水平井分段多簇压裂裂缝扩展与支撑剂运移一体化计算方法研究鲜有报道。
技术实现思路
本专利技术实施方式的目的在于提供一种水平井分段多簇压裂裂缝扩展与支撑剂运移一体化的建模方法，旨在提供水平井分段多簇压裂裂缝扩展与支撑剂运移一体化的建模方法。为解决上述技术问题，本专利技术的实施方式提供了一种水平井分段多簇压裂裂缝扩展与支撑剂运移一体化的建模方法,包括：步骤S10，获取地层参数、施工参数、完井参数；步骤S20：设定初始的缝压和缝宽；步骤S30：建立耦合井筒流动的水平井分段多簇压裂裂缝扩展计算模型；步骤S40：建立时间递增模型；步骤S50：建立压裂缝内支撑剂运移计算模型；步骤S60：判断该时刻是否加入支撑剂，若是，则采用高阶加权本质不震荡有限差分方法对压裂裂缝扩展过程中支撑剂运移进行计算，得到缝内支撑剂分布；若不是，则进入下一步；步骤S70：判断时间是否达到施工时间，若没有则返回步骤S4，否则结束计算。优选地，所述步骤S10包括：获取地应力分布、岩石力学参数、注入程序、加砂程序、液体粘度、排量、注入时间、分簇数量、裂缝间距、射孔数、射孔直径。优选地，所述步骤S200的具体过程如下：假设每个单元的宽度为常数，根据叠加原理，得到初始t时刻裂缝内压力与宽度的离散方程为其中，N为单元总数；p(x,t)为缝内流体压力，MPa；σh(x)为最小主应力，MPa；c(x,ξi)为平面三维裂缝核函数，MPa/m；w(ξi)为裂缝宽度，m；ξi为裂缝面网格点的坐标；x为计算点的坐标；通过求解式(1)可得到初始时刻的缝压与缝宽；其中式(1)中的矩阵形式为p-σh＝Cw(2)其中，p为缝内压力向量，MPa；σh为最小主应力向量，MPa；C为影响系数矩阵，MPa/m；w为缝宽向量。优选地，所述步骤S300包括：建立井筒流动模型；建立裂缝宽度与压力的流固耦合方程；建立裂缝动边界。优选地，所述井筒流动模型的建立过程如下：井筒到各簇裂缝的分流满足质量守恒和压力连续条件，式(3)和式(4)构成井筒流动模型，式(3)和式(4)如下：pw＝pp,k+pc,k+pin,k(4)式(2)中式(2)中其中，Qt为一段开启Nf条裂缝的情况，注入总流量，Qi为第i条分支裂缝流量；pw为井底压力,MPa；k＝1，2，......，Nf；pp,k为k裂缝的射孔摩阻，MPa；pc,k为井口到k裂缝的井筒流动摩阻，MPa；pin,k为k裂缝的入口压力，MPa；Qk为k裂缝的入口流量，m3/s；ρ为液体密度，kg/m3；nk为k射孔簇的射孔数量；dk为k射孔簇的射孔直径，mm；K为射孔磨蚀修正系数，无因次；fc为沿程摩阻系数，无因次；Dw为压裂管柱内径，m；lk为井口到k裂缝的管柱长度，m；ε为压裂管柱的内壁粗糙度，m；Vw为井筒内液体流速，m/s；Re为雷诺数，Re＝DwρVw/μ；μ为液体粘度，mPa·s；ρ为液体密度，kg/m3。优选地，所述裂缝宽度与压力的流固耦合方程的建立过程如下：岩石变形通过边界元方法计算，计算式如下：p-σh＝Cw(7)缝内流动满足质量守恒和层流方程，对缝内流动方程的空间项进行有限体积离散，得到流动方程的一阶微分方程形式：将式(7)带入式(8)，得到所述裂缝宽度与压力的流固耦合方程：井筒模型得到各簇裂缝进液流量后，求解式(9)可得到更新单元宽度和压力分布；同时式(9)得到的井底压力与井筒模型进行对比，直至收敛；其中，p为缝内压力向量，MPa；σh为最小主应力向量，MPa；C为影响系数矩阵，MPa/m；w为缝宽向量，m；θ为系数，0≤θ≤1；w0、p0分别为上一步宽度和压力分布；A(w)为流动方程的系数矩阵；S为源汇项。优选地，所述裂缝动边界的建立过程：建立尖端扩展判断准则，过程如下：其中，d为距尖端的距离，m；K'＝4(2/π)0.5KIc，MPa·m0.5；KIc为I型断裂韧性，MPa·m0.5；E'为平面应变杨氏模量，E'＝E/(1-v2)，MPa；v-岩石泊松比，无因次；w为缝宽向量；式(6)可得到单元发生扩展的临界宽度，通过比较当前时刻尖端单元的宽度是否达到临界宽度，若达到则增加单元，否则单元数量不增加。优选地，所述建立时间递增模型包括：时间步计算公式为：时间递增为：tm＝t+Δt(12)其中，λ为松弛因子，λ∈(0,1]；为所有待检查单元的最大扩展速度，m/s；lf为裂缝长度，m；ε＝0.08；smax＝301；ΔtE为显式算法的时间步长，s；Δx为x方向单元大小，m；Δy为y方向单元大小，m。优选地，所述压裂缝内支撑剂运移计算模型的建立过程包括：裂缝内携砂液流动和支撑剂运移的质量守恒方程为其中，qs、qp分别为携砂液和支撑剂的缝内流量，m3/s；q1为滤失项；p为封内流体压力,MPa；为归一化的加砂浓度，无因次；为归一化的支撑剂浓度，φ为支撑剂体积浓度，无因次；φm为最大容许浓度，无因次；Qk为k裂缝的入口流量，m3/s；a为支撑剂半径，m；g为重力加速度，m/s2；ρp、ρf分别为支撑剂和压裂液密度，kg/m3；ez为z轴方向单位向量；为描述携砂液流动的无因次函数；分别为描述支撑剂对流和沉降的无因次函数；x为缝内任一点的坐标向量；xin,k为第k裂缝的入口坐标向量；δ(x-xin,k)为Delta函数，输入值为0时取1，其他值为0；B为阻塞函数，描述支撑剂在缝内砂堵现象。优选地，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水平井分段多簇压裂裂缝扩展与支撑剂运移一体化的建模方法,其特征在于，包括：/n步骤S10，获取地层参数、施工参数、完井参数；/n步骤S20：设定初始的缝压和缝宽；/n步骤S30：建立耦合井筒流动的水平井分段多簇压裂裂缝扩展计算模型；/n步骤S40：建立时间步递增模型；/n步骤S50：建立压裂缝内支撑剂运移计算模型；/n步骤S60：判断该时刻是否加入支撑剂，若是，则采用高阶加权本质不震荡有限差分方法对压裂裂缝扩展过程中支撑剂运移进行计算，得到缝内支撑剂分布；若不是，则进入下一步；/n步骤S70：判断时间是否达到施工时间，若没有则返回步骤S4，否则结束计算。/n

【技术特征摘要】
1.一种水平井分段多簇压裂裂缝扩展与支撑剂运移一体化的建模方法,其特征在于，包括：
步骤S10，获取地层参数、施工参数、完井参数；
步骤S20：设定初始的缝压和缝宽；
步骤S30：建立耦合井筒流动的水平井分段多簇压裂裂缝扩展计算模型；
步骤S40：建立时间步递增模型；
步骤S50：建立压裂缝内支撑剂运移计算模型；
步骤S60：判断该时刻是否加入支撑剂，若是，则采用高阶加权本质不震荡有限差分方法对压裂裂缝扩展过程中支撑剂运移进行计算，得到缝内支撑剂分布；若不是，则进入下一步；
步骤S70：判断时间是否达到施工时间，若没有则返回步骤S4，否则结束计算。


2.如权利要求1所述的水平井分段多簇压裂裂缝扩展与支撑剂运移一体化的建模方法,其特征在于，所述步骤S10包括：
获取地应力分布、岩石力学参数、注入程序、加砂程序、液体粘度、排量、注入时间、分簇数量、裂缝间距、射孔数、射孔直径。


3.如权利要求1所述的水平井分段多簇压裂裂缝扩展与支撑剂运移一体化的建模方法,其特征在于，所述步骤S200的具体过程如下：
假设每个单元的宽度为常数，根据叠加原理，得到初始t时刻裂缝内压力与宽度的离散方程为



其中，N为单元总数；
p(x,t)为缝内流体压力，MPa；
σh(x)为最小主应力，MPa；
c(x,ξi)为平面三维裂缝核函数，MPa/m；
w(ξi)为裂缝宽度，m；
ξi为裂缝面网格点的坐标；
x为计算点的坐标；
通过求解式(1)可得到初始时刻的缝压与缝宽；
其中式(1)中的矩阵形式为
p-σh＝Cw(2)
其中，p为缝内压力向量，MPa；
σh为最小主应力向量，MPa；
C为影响系数矩阵，MPa/m；
w为缝宽向量。


4.如权利要求1所述的水平井分段多簇压裂裂缝扩展与支撑剂运移一体化的建模方法,其特征在于，所述步骤S300包括：
建立井筒流动模型；
建立裂缝宽度与压力的流固耦合方程；
建立裂缝动边界。


5.如权利要求4所述的水平井分段多簇压裂裂缝扩展与支撑剂运移一体化的建模方法,其特征在于，所述井筒流动模型的建立过程如下：
井筒到各簇裂缝的分流满足质量守恒和压力连续条件，式(3)和式(4)构成井筒流动模型，式(3)和式(4)如下：



pw＝pp,k+pc,k+pin,k(4)
式(2)中
式(2)中
其中，Qt为一段开启Nf条裂缝的情况，注入总流量，Qi为第i条分支裂缝流量；
pw为井底压力,MPa；
k＝1，2，......，Nf；
pp,k为k裂缝的射孔摩阻，MPa；
pc,k为井口到k裂缝的井筒流动摩阻，MPa；
pin,k为k裂缝的入口压力，MPa；
Qk为k裂缝的入口流量，m3/s；
ρ为液体密度，kg/m3；
nk为k射孔簇的射孔数量；
dk为k射孔簇的射孔直径，mm；
K为射孔磨蚀修正系数，无因次；
fc为沿程摩阻系数，无因次；
Dw为压裂管柱内径，m；
lk为井口到k裂缝的管柱长度，m；
ε为压裂管柱的内壁粗糙度，m；
Vw为井筒内液体流速，m/s；
Re为雷诺数，Re＝DwρVw/μ；
μ为液体粘度，mPa·s；
ρ为液体密度，kg/m3。


6.如权利要求4所述的水平井分段多簇压裂裂缝扩展与支撑剂运移一体化的建模方法,其特征在于，所述裂缝宽度与压力的流固耦合方程的建立过程如...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈铭，郭天魁，罗志林，刘晓强，齐宁，徐建春，刘德新，王森，吴飞鹏，王文东，孙永鹏，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：山东;37