一种水力压裂后人工充填裂缝长期渗透率损伤计算方法技术

本发明专利技术公开一种水力压裂后人工充填裂缝长期渗透率损伤计算方法，首先确定宏观裂缝流速分布规律，然后基于颗粒轨迹模型确定捕集系数，最后实现对颗粒侵入造成裂缝渗透率损伤的计算；本方案基于有限差分法进行求解，可以高效模拟工程尺度的裂缝堵塞行为；相比于其他基于离散元的技术方案，本方案基于缝内孔隙空间的颗粒轨迹确定单元的颗粒捕集效率，规避了实体颗粒的生成和轨迹模拟，因此可以应用较少的计算资源模拟长周期开采条件下的裂缝损伤行为，更适用于现场应用，具有更广泛的实际应用价值。价值。价值。

【技术实现步骤摘要】
一种水力压裂后人工充填裂缝长期渗透率损伤计算方法


[0001]本专利技术属于油气田开发水力压裂
和油藏数值模拟
，具体涉及一种水力压裂后人工充填裂缝长期渗透率损伤计算方法。

技术介绍

[0002]自上世纪30年代诞生以来，水力压裂技术发展迅速，目前已成为实现低渗、致密等复杂油气资源高效开发的关键技术，并在特高含水、疏松砂岩等储层的“防砂
‑
增产一体化”完井设计中有着广泛的应用。在水力压裂设计过程中，人工裂缝的导流能力是影响水力压裂施工成败的关键参数，也是决定压裂改造效果的主要因素。裂缝的设计导流能力由裂缝有效缝宽和裂缝渗透率组成，而在压后储层的复杂流动和应力作用下，两者均会与设计值产生偏差，致使实际裂缝导流能力不及预期。其中，裂缝缝宽的损伤主要由支撑剂的破碎和嵌入造成，该部分可以通过室内长期导流能力实验确定；裂缝渗透率的损伤则由储层微粒的侵入、堵塞造成，其具有尺度大、周期长、影响因素多的特征，难以应用室内实验的手段进行研究。
[0003]现有裂缝内颗粒侵入诱发渗透率损伤的研究都基于离散元法开展，该方法需要对每个支撑剂和储层侵入颗粒进行建模，计算资源需求大，且模拟的几何和时间尺度都与真实裂缝差距较大，只能开展定性的机理研究，无法对现场提供指导。虽然裂缝长期渗透率损伤预测对储层改造效果评价、压后产能预测、重复压裂选井选层等工作的开展具有重要意义，但目前尚未形成系统的、可支持现场压裂设计和油藏数值模拟的裂缝长期渗透率损伤计算方法。
[0004]人工裂缝内的颗粒侵入属于典型的多孔介质内分散固相颗粒的流动问题，该问题广泛出现在诸多工程领域之中。对于目标悬浮颗粒粒径大于1μm的固液两相流体系，深层过滤是最行之有效的颗粒分离工艺。经典深层过滤模型是目前最为常用的模拟滤层内颗粒行为的方法，该模型将滤层看作整体，通过实验数据确定模型中的经验参数，进而预测滤层的整体过滤效率，滤层内的颗粒浓度和压力分布是模型中评估滤层表现的重要指标。由于经典深层过滤模型具有形式简单、易于理解的优点，被广泛应用于大量工程计算中。但是，经典深层过滤模型忽略了孔喉内的颗粒水动力学行为，且由于该模型的一维尺度，无法表征侵入颗粒在滤层内的展布规律。

技术实现思路

[0005]本专利技术针对现有技术中工程尺度长期开采条件下人工裂缝动态渗透率模拟计算困难的问题，提出一种水力压裂后人工充填裂缝长期渗透率损伤计算方法，该方法可适用于工程尺度、长周期开采条件下的计算，满足现场压裂设计和产能预测要求。
[0006]本专利技术是采用以下的技术方案实现的：一种水力压裂后人工充填裂缝长期渗透率损伤计算方法，包括以下步骤：
[0007]步骤A、计算宏观裂缝流速分布规律，得到裂缝内流体流动分布曲线；
[0008]步骤B、基于颗粒轨迹确定捕集系数，包括：
[0009]步骤B1、构建深层过滤网格模型：将人工裂缝离散为相互连接的渗滤单元的集合，每个渗滤单元在水平方向和垂直方向上均包括一个入口和一个出口，确定渗滤单元的几何结构特征参数，包括孔隙半径R
p
、喉道半径R
t
、孔隙区域长度L
p
和喉道区域长度L
t
；
[0010]步骤B2、计算垂直和水平方向上的颗粒捕集系数：
[0011](B21)计算各渗滤单元内的流速分布特征，对侵入渗滤单元的颗粒进行受力分析，确定颗粒在水平方向和垂直方向的速度和以及其在渗滤单元中的轨迹；
[0012](B22)根据(B21)的计算结果，确定水平和垂直方向上的颗粒捕集系数：
[0013][0014][0015]其中，λ
h
为水平方向上的颗粒捕集系数，λ
v
为垂直方向上的颗粒捕集系数，Q
in
为注入渗滤单元的流量值，φ为单元内孔隙度；V
e
为渗滤单元体积，l
vd
表示水平注入的颗粒在垂直方向上的位移，l
hd
表示垂直注入的颗粒在水平方向上的位移；
[0016]步骤C、计算单个时间步长下裂缝渗透率损伤；
[0017]步骤C1、确定每个渗滤单元内的随着垂直于裂缝线性流侵入的颗粒量，计算进入渗滤单元的总颗粒浓度；
[0018]步骤C2、求解离散的深层过滤网格模型，每个时间步长向裂缝内注入储层流体，计算颗粒堵塞造成的裂缝渗透率损伤分布；
[0019]步骤D、在每个时间步长结束后，对堵塞的单元进行处理，将已堵塞的渗滤单元表征为颗粒源项；时间步长加1，重复执行步骤C和步骤D，直到达到最大计算时间，实现对渗透率损伤的计算。
[0020]进一步的，所述步骤B2中，所述渗滤单元内流速分布通过以下方式计算：
[0021][0022]式中：R0为入口半径，对于孔隙控制区域R0＝R
p
，对于喉道控制区域R0＝R
t
；R
p
为孔隙半径，R
t
为喉道半径，u0为入口处的流体流速，R(x)为位置x对应的流道半径，x为渗滤单元内水平方向的位置，u(r,x)为水平方向位置为x，流道半径为r处的流速大小。
[0023]进一步的，所述步骤C1具体通过以下方式实现：
[0024](1)基于步骤A中求得的裂缝内流体流动分布曲线，计算双线性流条件下垂直于裂缝方向的线性流量分布；
[0025](2)确定目标储层流体中的固相颗粒比例，以确定每个渗滤单元内的颗粒侵入量；
[0026](3)进而确定注入渗滤单元的总颗粒量：
[0027]R
total
＝R
pi
+C
h
(x
‑
1,y,t)+C
v
(x,y+1,t)
[0028]式中，R
pi
为垂直于裂缝方向进入单元的颗粒侵入量，R
total
为进入单元的总颗粒浓度，C
h
为水平方向入口处的颗粒浓度，C
v
为垂直方向入口处的颗粒浓度。
[0029]进一步的，所述步骤C2具体通过以下方式实现：
[0030](1)对于坐标为(x，y)的渗滤单元，目标渗滤单元的水平和垂直方向出口分别是水平相邻单元和垂直相邻单元的入口，单元内的颗粒符合以下质量守恒：
[0031][0032]其中，C
v
(x,y,t)为垂直方向入口处的颗粒浓度，C
h
(x,y,t)为水平方向入口处的颗粒浓度，σ
e
(x,y,t)为颗粒浓度随时间的变化规律；
[0033]应用有限差分法对上式中的各项进行离散并求解，离散方式如下式中所示：
[0034][0035][0036][0037](2)设定模型的初始和边界条件，对质量守恒方程进行求解，求得渗滤单元内被捕集的颗粒浓度随时间的变化规律σ
e
(x,y,t)。
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水力压裂后人工充填裂缝长期渗透率损伤计算方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤A、计算宏观裂缝流速分布规律，得到裂缝内流体流动分布曲线；步骤B、基于颗粒轨迹确定捕集系数，包括：步骤B1、构建深层过滤网格模型：将人工裂缝离散为相互连接的渗滤单元的集合，每个渗滤单元在水平方向和垂直方向上均包括一个入口和一个出口，确定渗滤单元的几何结构特征参数，包括孔隙半径R
p
、喉道半径R
t
、孔隙区域长度L
p
和喉道区域长度L
t
；步骤B2、计算垂直和水平方向上的颗粒捕集系数：(B21)计算各渗滤单元内的流速分布特征，对侵入渗滤单元的颗粒进行受力分析，确定颗粒在水平方向和垂直方向的速度和以及其在渗滤单元中的轨迹；(B22)根据(B21)的计算结果，确定水平和垂直方向上的颗粒捕集系数：(B22)根据(B21)的计算结果，确定水平和垂直方向上的颗粒捕集系数：其中，λ
h
为水平方向上的颗粒捕集系数，λ
v
为垂直方向上的颗粒捕集系数，Q
in
为注入渗滤单元的流量值，φ为单元内孔隙度；V
e
为渗滤单元体积，l
vd
表示水平注入的颗粒在垂直方向上的位移，l
hd
表示垂直注入的颗粒在水平方向上的位移；步骤C、计算单个时间步长下裂缝渗透率损伤；步骤C1、确定每个渗滤单元内的随着垂直于裂缝线性流侵入的颗粒量，计算进入渗滤单元的总颗粒浓度；步骤C2、求解离散的深层过滤网格模型，每个时间步长向裂缝内注入储层流体，计算颗粒堵塞造成的裂缝渗透率损伤分布；步骤D、在每个时间步长结束后，对堵塞的单元进行处理，将已堵塞的渗滤单元表征为颗粒源项；时间步长加1，重复执行步骤C和步骤D，直到达到最大计算时间，实现对渗透率损伤的计算。2.根据权利要求1所述的水力压裂后人工充填裂缝长期渗透率损伤计算方法，其特征在于：所述步骤B2中，所述渗滤单元内流速分布通过以下方式计算：式中：R0为入口半径，对于孔隙控制区域R0＝R
p
，对于喉道控制区域R0＝R
t
；R
p
为孔隙半径，R
t
为喉道半径，u0为入口处的流体流速，R(x)为位置x对应的流道半径，x为渗滤单元内水平方向的位置，u(r,x)为水平方向位置为x，...

【专利技术属性】
技术研发人员：綦民辉，李彦龙，吴能友，陈强，李明忠，胡高伟，
申请(专利权)人：青岛海洋地质研究所，
类型：发明
国别省市：