一种基于相场法的裂缝扩展模拟压裂设计优化方法技术

本发明专利技术公开了一种基于相场法的裂缝扩展模拟压裂设计优化方法，包括：1：建立地质模型，并在地质模型上随机生成天然裂缝；2：建立相场法损伤演化模型、应力场数学模型和流体流动数学模型，再建立相场法页岩水力压裂裂缝扩展数学模型；3：为相场法页岩水力压裂裂缝扩展数学模型设定基本参数；4：根据测录井储层参数和完井参数划分气井段长，在相场法页岩水力压裂裂缝扩展数学模型中依次输入不同的压裂调节参数实现对各段的压裂参数进行优化。本发明专利技术通过使用连续变化的相场来模拟岩体损伤，不需要对缝尖进行特殊处理，基于势能最小原理自适应计算断裂缝转向、分叉、相交，直接求解效率高，利于实现水平井分段多簇压裂复杂裂缝扩展形态模拟。模拟。模拟。

【技术实现步骤摘要】
一种基于相场法的裂缝扩展模拟压裂设计优化方法


[0001]本专利技术属于油气开采
，尤其涉及一种基于相场法的裂缝扩展模拟压裂设计优化方法。

技术介绍

[0002]我国非常规油气资源非常丰富，该类资源具有低渗、低孔特征，自然产能极低，需要通过水力压裂方式建立地下高渗流通道才能进行有效开采。水力压裂设计过程中，水力裂缝参数模拟优化是重要环节。目前水力压裂设计参数优化一般通过裂缝扩展软件模拟与矿场实践进行参数优化，水力压裂裂缝扩展常用的数值模拟方法有位移不连续法(DDM)、离散元法(DEM)、粘滞单元法(CZM)和扩展有限元法(XFEM)。其中，位移不连续法能高效模拟复杂裂缝网络，但难以考虑非均质和各向异性。离散元法能模拟复杂缝网，但以单元为刚体，无法直接表达单元的应力应变，且计算量大。粘滞单元法能精确模拟界面裂缝形态，并考虑非线性力学特征，但裂缝需预置面扩展，难以模拟复杂缝网。扩展有限元法能实现裂缝穿过单元、转向和分叉，但需特殊处理缝尖实现复杂裂缝扩展。
[0003]以上裂缝扩展模拟方法存在的主要问题有：模拟过程为带值试算，计算量大，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于相场法的裂缝扩展模拟压裂设计优化方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1：收集气井的地质参数，根据地质参数建立地质模型，并根据区块天然裂缝发育特征在地质模型上随机生成天然裂缝；步骤2：以地质模型为基础，分别建立相场法损伤演化模型、应力场数学模型和流体流动数学模型，再基于相场法损伤演化模型、应力场数学模型和流体流动数学模型建立相场法页岩水力压裂裂缝扩展数学模型；步骤3：为相场法页岩水力压裂裂缝扩展数学模型设定基本参数；步骤4：根据测录井储层参数和完井参数划分气井段长，然后在相场法页岩水力压裂裂缝扩展数学模型中依次输入不同的压裂调节参数，对比不同压裂调节参数对裂缝扩展形态的影响，从而对各段的压裂参数进行优化。2.根据权利要求1所述的一种基于相场法的裂缝扩展模拟压裂设计优化方法，其特征在于：步骤1中，所述地质参数包括储层参数和天然裂缝参数，其中，储层参数包括埋深、厚度、孔隙度、TOC、含气量、脆性指数、地层压力和矿物组，天然裂缝参数包括裂缝长度、裂缝密度、裂缝走向、裂缝方位角和裂缝应力差。3.根据权利要求1所述的一种基于相场法的裂缝扩展模拟压裂设计优化方法，其特征在于：步骤2中，所述相场法损伤演化模型根据泛函与变分原理建立，用于基于势能最小原理进行全局最优计算，实现复杂裂缝转向、分叉、交互过程的自适应扩展路径解算；建立的相场法损伤演化模型为：其中，d—相场变量，无因次；—相场变量对时间求导，η—阻尼系数，Pa
·
s；—拉张性弹性能密度，J/m3；g
c
—断裂韧性，Pa；l—长度度量参数，无因次；Δd—损伤场变化量，无因次。4.根据权利要求1所述的一种基于相场法的裂缝扩展模拟压裂设计优化方法，其特征在于：步骤2中，所述应力场数学模型基于含运动阻尼的波动方程建立，用于实现非均质储层裂缝切割后非连续岩体的复杂应力场、位移场的有效计算；建立的应力场数学模型为：其中，ρ
R
—岩石体密度，kg/m3；a
i
—质点的加速度，m/s2；i,j—表示节点位置，无因次；
σ
ij
—质点应力，Pa；x
j
—表示网格在x方向的单位长度，m；α—Biot系数，无因次；p—地层孔隙压力，Pa；ν—质点速度，m/s；η
d
为阻尼系数，P...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁灿明，王荣，管彬，何乐，任勇，曾凌翔，邹龙庆，毛虎，吴晓容，曾晶，
申请(专利权)人：中国石油集团川庆钻探工程有限公司，
类型：发明
国别省市：