砂砾岩储层水平井段内多簇压裂裂缝延伸跨尺度模拟方法技术

本发明专利技术公开砂砾岩储层水平井段内多簇压裂裂缝延伸跨尺度模拟方法，包括：收集参数；根据砾石分布控制方程组随机生成给定参数条件下的砾石参数；将砾石参数带入流动控制方程组求得裂缝内流体压力；利用多裂缝扩展缝间诱导应力计算控制方程组求得法向位移不连续量和切向位移不连续量；根据水力裂缝与砾石相物质平衡方程组进行判断；根据水力裂缝与砾石相交作用判断方程组求得裂缝尖端应力强度因子；再通过多裂缝同应步扩展步长计算方程组求得裂缝的扩展步长及扩展方位角；输入不同的压裂施工参数，得到不同的裂缝延伸形态，从而获得最佳裂缝形态的压裂施工参数。本发明专利技术克服了现有技术中对矿场尺度下砾石对水力裂缝延伸轨迹影响认识不清这一缺陷。影响认识不清这一缺陷。影响认识不清这一缺陷。

【技术实现步骤摘要】
砂砾岩储层水平井段内多簇压裂裂缝延伸跨尺度模拟方法


[0001]本专利技术涉及砂砾岩储层水平井段内多簇压裂裂缝延伸跨尺度模拟方法，属于油气田增产改造领域。

技术介绍

[0002]水平井段内多簇压裂技术已成为砂砾岩致密油气储层开发的主要手段，该类储层通过水平井段内多簇压裂，才能实现商业化开采。
[0003]段内多簇压裂技术是指在水平井分段段长一定的情况下进行多簇(大于3簇)射孔，使得段内压裂裂缝条数增加，簇间距缩短，并利用多簇裂缝间诱导应力实现裂缝转向，增大储层改造体积，进而提高储层的动用程度(如图1)。同时，采用段内多簇压裂可增大裂缝表面与储层基质的接触面积，缩短流体从基质到裂缝中的渗流距离，最终实现产量的提升。
[0004]针对砂砾岩储层，大多通过室内实验或数值模拟方法从厘米级尺度研究获得了穿砾、绕砾、嵌入、止砾等裂缝扩展模式，而目前对于矿场百米级尺度裂缝延伸模拟通常将裂缝单元处理为直线，但从厘米尺度发现砂砾岩储层裂缝扩展会产生弯折裂缝(如图2)，导致矿场尺度下砾石对水力裂缝延伸轨迹的影响认识不清。即现有的水平井段内多簇压裂优化设计对砾岩压裂施工优化不能得到较好的应用效果。

技术实现思路

[0005]为了克服现有技术中的问题，本专利技术提供砂砾岩储层水平井段内多簇压裂裂缝延伸跨尺度模拟方法，本专利技术通过综合应用位移不连续法、有限体积法、流体力学、断裂力学等多学科多领域知识，建立了考虑缝间应力干扰和簇间流量动态分配的砂砾岩储层水平井段内多簇压裂跨尺度裂缝延伸模型，该模型可用于砂砾岩储层水平井段内多簇压裂优化设计。
[0006]本专利技术解决上述技术问题所提供的技术方案是：砂砾岩储层水平井段内多簇压裂裂缝延伸跨尺度模拟方法，包括以下步骤：
[0007]步骤S10、收集地质参数、完井参数、压裂参数；
[0008]步骤S20、将步骤S10中的各个参数带入砾石分布控制方程组随机生成给定参数条件下的砾石参数；
[0009]步骤S30、将砾石参数带入流动控制方程组求得裂缝内流体压力；
[0010]步骤S40、根据裂缝内流体压力求得各裂缝单元的净压力，再利用多裂缝扩展缝间诱导应力计算控制方程组求得对应每条裂缝裂尖单元的法向位移不连续量和切向位移不连续量，其法向位移不连续量即为裂缝宽度，并对裂缝宽度进行修正；
[0011]步骤S50、将裂缝宽度带入水力裂缝与砾石相物质平衡方程组进行判断，若不满足条件则重复步骤S20
‑
S50，直到满足条件进行下一步；
[0012]步骤S60、将每条裂缝裂尖单元的法向位移不连续量和切向位移不连续量带入水
力裂缝与砾石相交作用判断方程组求得裂缝尖端Ⅰ型应力强度因子、裂缝尖端Ⅱ型应力强度因子，并对裂缝尖端Ⅰ型应力强度因子、裂缝尖端Ⅱ型应力强度因子进行进行修正，以及判断裂缝是否扩展，以及裂缝在砂砾岩储层中的扩展模式；
[0013]步骤S70、再通过多裂缝同应步扩展步长计算方程组求得裂缝的扩展步长及扩展方位角；
[0014]步骤S80、输入不同的压裂施工参数，重复步骤S20
‑
S70，得到不同的裂缝延伸形态，从而获得最佳裂缝形态的压裂施工参数。
[0015]进一步的技术方案是，所述地质参数包括弹性模量、泊松比、断裂韧性、地层滤失系数；所述完井参数包括水平井井筒直径、单段段长、段内射孔簇数、射孔孔眼数目和射孔孔径；所述压裂参数包括压裂液性质、施工排量。
[0016]进一步的技术方案是，所述砾石分布控制方程组包括：
[0017][0018][0019][0020][0021][0022]式中：为半径l
i
的平均值，mm；η1为随机系数，介于0～1；Δl为半径l
i
的增量，mm；η2为随机系数，介于0～1；N为多边形的边个数；δ为变量参数，设为0.3；L
a
为砾石的长轴大小，mm；μ为砾石长轴大小的均值，mm；σ为砾石长轴大小的方差，mm2；X
min
为模型横坐标最小值，mm；X
max
为模型横坐标最大值，mm；Y
min
为模型纵坐标最小值，mm；Y
max
为模型纵坐标最大值，mm；λ
x
、λ
y
为均匀分布随机系数，介于0～1；η为样品中砾石百分含量，％；M为样品中砾石的个数；S
i
为第i个砾石的面积，mm2；S为样品总面积，mm2。
[0023]进一步的技术方案是，所述流动控制方程组包括：
[0024][0025][0026][0027][0028][0029]p
w
＝p
fw,i
+p
pf,i
+p
ff,i
[0030]式中：Q
all
为任意时刻压裂液总排量，m3/s；Q
i
为任意时时刻进入第i条裂缝的流量，m3/s；N为裂缝簇数；K为压裂液的稠度系数，Pa
·
s
n
；n为压裂液的流态指数，无因次；D为水平井筒直径，m；L
w
为裂缝射孔间距；p
wf,i
为第i条裂缝的井筒摩阻，MPa；p
pf,i
为第i条裂缝射孔孔眼摩阻，MPa；n
p
为射孔孔眼数目；d为射孔孔眼直径，m；C为孔眼流量系数；ρ为压裂液混合密度，kg/m3；p为缝内流体压力，MPa；p
w
为井筒根部流体压力，MPa；p
ff,i
为缝口流体压力，MPa；q为压裂液在裂缝单元的流量，m3/s；H为裂缝半缝高，m；w为修正裂缝宽度，m；t为施工时间，s；c
leak
为压裂液综合滤失系数，m/s
0.5
；τ(s)为t时刻压裂液到达s处所需时间，s。
[0031]进一步的技术方案是，所述多裂缝扩展缝间诱导应力计算控制方程组包括：
[0032][0033][0034][0035][0036][0037][0038]以及修正方程：
[0039][0040][0041][0042]式中：D
s
为裂缝单元切向位移不连续量，m；D
n
为裂缝单元法向位移不连续量，m；G为剪切模量，Pa；γ为裂缝单元i与裂缝单元j之间的夹角，
°
；x
j
，y
j
为裂隙单元j中心在全局坐标系下的坐标位置，m；β为裂缝单元局部坐标系与全局坐标系之间的夹角，
°
；ν为地层泊松比，无因此；a为裂缝单元半长，m；R
i,j
为缝高修正因子；d
ij
为地层任意一点到裂缝单元的距离，m；D为分形维数；K
IC
为基质断裂韧性，MPa.m
0.5
。
[0043]进一步的技术方案是，所述水力裂缝与砾石相本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.砂砾岩储层水平井段内多簇压裂裂缝延伸跨尺度模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S10、收集地质参数、完井参数、压裂参数；步骤S20、将步骤S10中的各个参数带入砾石分布控制方程组随机生成给定参数条件下的砾石参数；步骤S30、将砾石参数带入流动控制方程组求得裂缝内流体压力；步骤S40、根据裂缝内流体压力求得各裂缝单元的净压力，再利用多裂缝扩展缝间诱导应力计算控制方程组求得对应每条裂缝裂尖单元的法向位移不连续量和切向位移不连续量，其法向位移不连续量即为裂缝宽度，并对裂缝宽度进行修正；步骤S50、将裂缝宽度带入水力裂缝与砾石相物质平衡方程组进行判断，若不满足条件则重复步骤S20
‑
S50，直到满足条件进行下一步；步骤S60、将每条裂缝裂尖单元的法向位移不连续量和切向位移不连续量带入水力裂缝与砾石相交作用判断方程组求得裂缝尖端Ⅰ型应力强度因子、裂缝尖端Ⅱ型应力强度因子，并对裂缝尖端Ⅰ型应力强度因子、裂缝尖端Ⅱ型应力强度因子进行进行修正，以及判断裂缝是否扩展，以及裂缝在砂砾岩储层中的扩展模式；步骤S70、再通过多裂缝同应步扩展步长计算方程组求得裂缝的扩展步长及扩展方位角；步骤S80、输入不同的压裂施工参数，重复步骤S20
‑
S70，得到不同的裂缝延伸形态，从而获得最佳裂缝形态的压裂施工参数。2.根据权利要求1所述的砂砾岩储层水平井段内多簇压裂裂缝延伸跨尺度模拟方法，其特征在于，所述地质参数包括弹性模量、泊松比、断裂韧性、地层滤失系数；所述完井参数包括水平井井筒直径、单段段长、段内射孔簇数、射孔孔眼数目和射孔孔径；所述压裂参数包括压裂液性质、施工排量。3.根据权利要求1所述的砂砾岩储层水平井段内多簇压裂裂缝延伸跨尺度模拟方法，其特征在于，所述砾石分布控制方程组包括：其特征在于，所述砾石分布控制方程组包括：其特征在于，所述砾石分布控制方程组包括：其特征在于，所述砾石分布控制方程组包括：其特征在于，所述砾石分布控制方程组包括：式中：为半径l
i
的平均值，mm；η1为随机系数，介于0～1；Δl为半径l
i
的增量，mm；η2为随机系数，介于0～1；N为多边形的边个数；δ为变量参数，设为0.3；L
a
为砾石的长轴大小，mm；μ为砾石长轴大小的均值，mm；σ为砾石长轴大小的方差，mm2；X
min
为模型横坐标最小值，
mm；X
max
为模型横坐标最大值，mm；Y
min
为模型纵坐标最小值，mm；Y
max
为模型纵坐标最大值，mm；λ
x
、λ
y
为均匀分布随机系数，介于0～1；η为样品中砾石百分含量，％；M为样品中砾石的个数；S
i
为第i个砾石的面积，mm2；S为样品总面积，mm2。4.根据权利要求1所述的砂砾岩储层水平井段内多簇压裂裂缝延伸跨尺度模拟方法，其特征在于，所述流动控制方程组包括：其特征在于，所述流动控制方程组包括：其特征在于，所述流动控制方程组包括：其特征在于，所述流动控制方程组包括：其特征在于，所述流动控制方程组包括：p
w
＝p
fw,i
+p
pf,i
+p
ff,i
式中：Q
all
为任意时刻压裂液总排量，m3/s；Q
i
为任意时时刻进入第i条裂缝的流量，m3/s；N为裂缝簇数；K为压裂液的稠度系数，Pa
·
s
n
；n为压裂液的流态指数，无因次；D为水平井筒直径，m；L
w
为裂缝射孔间距；p
wf,i
为第i条裂缝的井筒摩阻，MPa；p
pf,i
为第i条裂缝射孔孔眼摩阻，MPa；n
p
为射孔孔眼数目；d为射孔孔眼直径，m；C为孔眼流量系数；ρ为压裂液混合密度，kg/m3；p为缝内流体压力，MPa；p
w
为井筒根部流体压力，MPa；p
ff,i
为缝口流体压力，MPa；q为压裂液在裂缝单元的流量，m3/s；H为裂缝半缝高，m；w为修正裂缝宽度，m；t为施工时间，s；c
leak
为压裂液综合滤失系数，m/s
0.5

【专利技术属性】
技术研发人员：易良平，张景强，李小刚，杨兆中，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：