缝内暂堵转向压裂模拟方法及设备技术

本申请提供一种缝内暂堵转向压裂模拟方法及设备。该方法包括：基于离散元方法构建离散裂缝模型；基于弱耦合方法联立流体流动方程和岩体变形方程，对流体流动方程进行离散和迭代处理后得到缝内流体压力，并将缝内流体压力输入至岩体变形方程，得到裂缝宽度；基于裂缝宽度获取虚拟弹簧受到的应力，根据虚拟弹簧受到的应力和虚拟弹簧的最大应力，判断虚拟弹簧是否断裂，若是，裂缝扩展；基于裂缝扩展得到流体的优势扩展路径，在优势扩展路径上设置暂堵单元，实现缝内暂堵转向压裂的模拟。本申请能够定量化研究不同储层参数、天然裂缝分布及力学参数、暂堵参数等对裂缝扩展行为的影响，为缝内暂堵转向压裂模拟与设计优化提供依据。缝内暂堵转向压裂模拟与设计优化提供依据。缝内暂堵转向压裂模拟与设计优化提供依据。

【技术实现步骤摘要】
缝内暂堵转向压裂模拟方法及设备


[0001]本申请涉及水力压裂裂缝技术，尤其涉及一种缝内暂堵转向压裂模拟方法及设备。

技术介绍

[0002]水平井分段多簇压裂技术能够创造复杂的水力裂缝网络，增加储层泄油能力，被广泛地应用于致密油气藏储层开发。但由于水力裂缝的不均匀分布，裂缝网络通常不能形成足够的覆盖面积和复杂性。
[0003]近年来，能够促进多裂缝均匀起裂扩展的暂堵转向压裂技术得到了广泛的关注和大规模的应用。其原理是在压裂液中加入暂堵剂封堵射孔孔眼或者封堵裂缝优势生长通道，迫使流体分流，进而使更多的射孔孔眼起裂或者裂缝偏转。在天然裂缝型储层中，暂堵压裂技术可以克服天然裂缝中的高闭合应力，促进多分支裂缝产生，增加缝网的复杂程度。
[0004]现有技术已经开发出多种数值模拟方法来研究非常规油气藏中水力压裂裂缝扩展行为，但并未考虑到复杂的暂堵压裂过程中，暂堵后裂缝如何偏转等转向问题。

技术实现思路

[0005]本申请提供一种缝内暂堵转向压裂模拟方法及设备，用以解决复杂的暂堵压裂过程中，暂堵后裂缝如何偏转等转向问题。
[0006]第一方面，本申请提供一种缝内暂堵转向压裂模拟方法，包括：
[0007]基于离散元方法构建离散裂缝模型，其中，所述离散裂缝模型包括多个模拟离散岩石基质的块体单元，所述块体单元之间通过虚拟弹簧连接；
[0008]基于弱耦合方法联立流体流动方程和岩体变形方程，对所述流体流动方程进行离散和迭代处理后得到缝内流体压力，并将所述缝内流体压力输入至所述岩体变形方程，得到裂缝宽度；
[0009]基于所述裂缝宽度获取所述虚拟弹簧受到的应力，根据所述虚拟弹簧受到的应力和所述虚拟弹簧的最大应力，判断所述虚拟弹簧是否断裂，若是，裂缝扩展；
[0010]基于裂缝扩展得到流体的优势扩展路径，在优势扩展路径上设置暂堵单元，实现缝内暂堵转向压裂的模拟。
[0011]在一种可能的设计中，基于不可压缩流体的平行板间流动方程构建所述流体流动方程：
[0012][0013][0014]式中，w为随时间动态变化的裂缝宽度，p为随时间动态变化的缝内流体压力，q为注液速率，μ为流体粘度，q
l
为流体滤失速度。
[0015]在一种可能的设计中，基于线弹性动态平衡方程构建所述岩体变形方程：σ
ij，j
+b
i
‑
ρu
i，tt
‑
αu
i，t
＝0，
[0016]式中，σ
ij，j
为柯西应力张量的导数，b
i
为单位体积的力，ρ为岩石密度，u
i，t
为裂开位移u在时间t内的速度，u
i，tt
为裂开位移u在时间t内的加速度，α为阻尼系数。
[0017]在一种可能的设计中，将所述缝内流体压力输入至所述岩体变形方程，得到裂缝宽度，包括：
[0018]基于缝内流体压力求解柯西应力张量的导数σ
ij，j
，所述缝内流体压力在块体单元面上施加的接触力满足如下关系：
[0019]p＝σ
ij
n
j
，
[0020]式中，σ
ij
为柯西应力张量，n
j
为块体单元面上外法线的方向余弦；
[0021]将所述柯西应力张量的导数σ
ij，j
输入至所述岩体变形方程后，得到裂开位移u；
[0022]将所述裂开位移u等效为裂缝宽度。
[0023]在一种可能的设计中，虚拟弹簧受到应力包括切向应力F
s
和法向应力F
n
，基于所述裂缝宽度获取所述虚拟弹簧的应力，包括：
[0024][0025]式中，k
s
和k
n
分别为虚拟弹簧的切向刚度和法向刚度，u
s
和u
n
分别为块体单元在裂缝时的切向位移和法向位移，上标n表示时间步。
[0026]在一种可能的设计中，所述虚拟弹簧的最大应力包括最大法向应力和最大切向应力
[0027][0028][0029]式中，A为接触面积，T0为抗拉强度，S0为基质剪切强度，为内摩擦角。
[0030]在一种可能的设计中，根据所述虚拟弹簧受到的应力和所述虚拟弹簧的最大应力，判断所述虚拟弹簧是否断裂，包括：
[0031]当且时，所述虚拟弹簧不发生断裂，无裂缝扩展，此时应力公式为：
[0032][0033][0034]式中，k
n
和k
s
分别为法向和切向弹簧刚度，Δu
s
和Δu
s
分别为相邻节点之间法向和切向相对位移，上标n表示时间步；
[0035]当时，所述虚拟弹簧发生拉伸断裂，块体单元相互分离，此时应力公式为：
[0036][0037][0038]当时，所述虚拟弹簧发生剪切断裂，块体单元相互滑移，此时应力公式为：
[0039][0040][0041]式中，为弹簧断裂后的残余剪切阻力。
[0042]在一种可能的设计中，所述在优势扩展路径上设置暂堵单元的方法为：基于暂堵降低缝内流体流动能力的原理，用降低系数α
p
表征暂堵对裂缝渗透率的影响，则暂堵单元的渗透率为：
[0043]k
PE
＝α
p
k，式中，α
p
为降低系数，k为基质块体渗透率。
[0044]在一种可能的设计中，所述离散裂缝模型还包括用于模拟块体单元之间流体流动的节理单元，根据平行板模型，在块体单元发生破坏前，初始节理单元与块体单元具有相等的渗透率，则初始节理单元缝宽可由基质块体单元的渗透率等效得到：
[0045][0046]在一种可能的设计中，构建避免两个块体单元重合的最小缝宽为残余裂缝宽度w
res
，公式：
[0047]式中，w0为初始节理单元缝宽，F
n0
为w0/2时的法向应力。
[0048]基于暂堵降低缝内流体流动能力的原理对裂缝渗透率的影响第二方面，本申请提供一种缝内暂堵转向压裂设备，包括：处理器，以及与所述处理器通信连接的存储器；
[0049]所述存储器存储计算机执行指令；
[0050]所述处理器执行所述存储器存储的计算机执行指令，以实现一种缝内暂堵转向压裂模拟方法。
[0051]本申请提供的缝内暂堵转向压裂模拟方法、设备及存储介质，通过基于离散元方法构建离散裂缝模型，其中，所述离散裂缝模型包括多个模拟离散岩石基质的块体单元，所述块体单元之间通过虚拟弹簧连接；基于弱耦合方法联立流体流动方程和岩体变形方程，对所述流体流动方程进行离散和迭代处理后得到缝内流体压力，并将所述缝内流体压力输入至所述岩体变形方程，得到裂缝宽度；基于所述裂缝宽度获取所述虚拟弹簧受到的应力，根据所述虚拟弹本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种缝内暂堵转向压裂模拟方法，其特征在于，包括：基于离散元方法构建离散裂缝模型，其中，所述离散裂缝模型包括多个模拟离散岩石基质的块体单元以及用于模拟暂堵剂的暂堵单元，所述块体单元之间通过虚拟弹簧连接，所述暂堵单元与块体单元间隙配合连接；基于弱耦合方法联立流体流动方程和岩体变形方程，对所述流体流动方程进行离散和迭代处理后得到缝内流体压力，并将所述缝内流体压力输入至所述岩体变形方程，得到裂缝宽度；基于所述裂缝宽度获取所述虚拟弹簧受到的应力，根据所述虚拟弹簧受到的应力和所述虚拟弹簧的最大应力，判断所述虚拟弹簧是否断裂，若是，裂缝扩展；基于裂缝扩展得到流体的优势扩展路径，在优势扩展路径上设置暂堵单元，实现缝内暂堵转向压裂的模拟。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于不可压缩流体的平行板间流动方程构建所述流体流动方程：流体流动方程：式中，w为随时间动态变化的裂缝宽度，p为随时间动态变化的缝内流体压力，q为注液速率，μ为流体粘度，q
l
为流体滤失速度。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于线弹性动态平衡方程构建所述岩体变形方程：σ
ij，j
+b
i
‑
ρu
i，tt
‑
αu
i，t
＝0，式中，σ
ij，j
为柯西应力张量的导数，b
i
为单位体积的力，ρ为岩石密度，u
i，t
为裂开位移u在时间t内的速度，u
i，tt
为裂开位移u在时间t内的加速度，α为阻尼系数。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，将所述缝内流体压力输入至所述岩体变形方程，得到裂缝宽度，包括：基于缝内流体压力求解柯西应力张量的导数σ
ij，j
，所述缝内流体压力在块体单元面上施加的接触力满足如下关系：p＝σ
ij
n
j
，式中，σ
ij
为柯西应力张量，n
j
为块体单元面上外法线的方向余弦；将所述柯西应力张量的导数σ
ij，j
输入至所述岩体变形方程后，得到裂开位移u；将所述裂开位移u等效为裂缝宽度。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，虚拟弹簧受到应力包括切向应力F
s
...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹雨时，张士诚，杨鹏，马新仿，牟建业，王飞，王雷，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：