一种多簇压裂裂缝扩展与支撑剂输运耦合模拟及定量表征方法技术

本发明专利技术公开了一种多簇压裂裂缝与支撑剂输运耦合模拟及定量表征方法，包括以下步骤：(1)收集地质和工程参数；(2)建立流体流动方程；(3)建立裂缝本构方程；(4)建立支撑剂输运方程组；(5)综合步骤(2)

【技术实现步骤摘要】
一种多簇压裂裂缝扩展与支撑剂输运耦合模拟及定量表征方法


[0001]本专利技术涉及油气田增产改造领域，具体涉及一种多簇压裂裂缝扩展与支撑剂输运耦合模拟及定量表征方法。

技术介绍

[0002]页岩油气等非常规油气资源正在接替常规油气资源成为我国油气勘探开发和持续增储上产的新领域，水力压裂是实现非常规油气资源规模高效开发的关键技术，主要由压裂裂缝扩展和支撑剂输运两个部分组成。
[0003]关于支撑剂输运研究大都基于预定义静态裂缝模型展开，没有考虑裂缝动态变化，与实际压裂过程不符。因此，将压裂裂缝扩展与支撑剂输运耦合，探究动态裂缝内支撑剂输运规律是当前水力压裂数值模拟技术面临的难点之一。前人针对此难点进行了初步探索，但现有研究采用的裂缝模型简单，大都为单条裂缝且并未考虑隔层和天然裂缝等弱面，目前尚缺乏一种考虑隔层和弱面影响的多簇压裂裂缝扩展与支撑剂输运耦合模型及定量表征方法，导致难以解释当前复杂储层面临的实际工程问题。

技术实现思路

[0004]针对目前技术中存在的不足，本专利技术提出一种多簇压裂裂缝扩展与支撑剂输运耦合模拟及定量表征方法，克服了现有技术的不足，能实现考虑隔层和弱面影响的多簇压裂裂缝扩展与支撑剂输运耦合模拟以及定量表征多簇压裂裂缝扩展均匀程度和裂缝内支撑剂铺置均匀程度。
[0005]本专利技术解决上述技术问题所提供的技术方案是：一种多簇压裂裂缝扩展与支撑剂输运耦合模拟及定量表征方法，包括以下步骤：
[0006]步骤1：收集地质和工程参数；
[0007]步骤2：建立流体流动方程；
[0008]步骤3：建立裂缝本构方程；
[0009]步骤4：建立支撑剂输运方程组；
[0010]步骤5：综合步骤2
‑
4建立多簇压裂裂缝扩展与支撑剂输运耦合模型；
[0011]步骤6：通过多簇压裂裂缝扩展均匀指数、铺置效率定量表征多簇压裂裂缝扩展均匀程度与裂缝内支撑剂铺置均匀程度；
[0012]步骤7：将步骤1的参数代入步骤5模拟不同工程参数下多簇压裂裂缝扩展形态和裂缝内支撑剂铺置形态，通过步骤6定量表征。
[0013]进一步的技术方案是，所述步骤1中的地质和工程参数包括：储隔层厚度、泊松比、杨氏模量、最大水平主应力、最小水平主应力、垂向应力、层理抗拉强度、层理内聚力、层理内摩擦角、天然裂缝抗拉强度、天然裂缝内聚力、天然裂缝内摩擦角、压裂液黏度、压裂液密度、裂缝簇数、簇间距、施工排量、支撑剂粒径、支撑剂密度、支撑剂体积分数、泵注总时长、
混砂液注入时长。
[0014]进一步的技术方案是，所述步骤2中流体流动方程为：
[0015][0016]式中：p为流体压力，Pa；t为时间，s；u为裂缝宽度，m；K
w
为流体体积模量，Pa；μ为压裂液黏度，Pa
·
s。
[0017]进一步的技术方案是，所述步骤3中裂缝本构方程，采用连续屈服模型来表征。当裂缝单元没有产生滑动时，抗剪强度为最大值；当裂缝单元剪应力超过最大抗剪强度后，抗剪强度呈非线性演化。裂缝剪应力与塑性滑移的关系表达式为：
[0018][0019]式中：τ
s
为剪应力，Pa；为剪应力峰值，Pa；c
peak
为内聚力最大值，Pa；σ
n
为正应力，Pa；为内摩擦角最大值，
°
；为剪应力残余值，Pa；D
c
为临界滑移距离，m；β为剪切强度衰减指数，无量纲；为塑性滑移，m；c
residual
为内聚力残余值，Pa；为内摩擦角残余值，
°
。
[0020]进一步的技术方案是，所述步骤4中支撑剂输运方程组为：
[0021][0022]V
proppant
＝V+(1
‑
e)V
s
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0023]V
s
＝f(e)V
stokes
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0024]f(e)＝(1
‑
e)
4.65
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0025][0026][0027][0028]式中：e为支撑剂体积分数，％；V
proppant
为支撑剂运移速度，m/s；V为混砂液速度，m/s；V
s
为重力沉降速度，m/s；V
stokes
为斯托克斯沉降速度，m/s；f(e)为校正因子，无量纲；ρ
proppant
为支撑剂密度，kg/m3；ρ
fluid
为压裂液密度，kg/m3；d
proppant
为支撑剂粒径，m；g为重力加速度，m/s2；ρ为混砂液密度，kg/m3；μ
slurry
为混砂液黏度，Pa
·
s；e
max
为支撑剂最大体积分数，％。
[0029]进一步的技术方案是，所述步骤5中多簇压裂裂缝扩展与支撑剂输运耦合模型中流体流动方程、裂缝本构方程和支撑剂输运方程组采用三维块体离散元方法求解，然后构建流
‑
固耦合方程组使用有限差分法计算。
[0030]进一步的技术方案是，所述步骤6中多簇压裂裂缝扩展均匀指数和铺置效率分别为：
[0031][0032][0033]式中：U
a
为多簇压裂裂缝扩展均匀指数，％；A
i
为第i簇裂缝的扩展面积，m2；为多簇裂缝扩展面积均值，m2；η为铺置效率，％；A
proppant
为支撑剂铺置面积，m2；A
total
为裂缝扩展总面积，m2。
[0034]本专利技术的有益效果：本专利技术基于三维块体离散元方法，提出了考虑隔层和弱面影响的多簇压裂裂缝扩展与支撑剂输运耦合模型，提高了预测复杂储层中多簇压裂裂缝形态和支撑剂铺置形态的准确性，使结果更加符合工程实际。
附图说明
[0035]图1为不同簇间距下多簇压裂裂缝扩展形态对比图
[0036]图2为不同簇间距下裂缝内支撑剂分布对比图
[0037]图3为不同簇间距下多簇压裂裂缝扩展均匀指数和铺置效率折线图
具体实施方式
[0038]下面将结合附图对本专利技术作进一步说明，但不构成对专利技术的任何限制，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0039]步骤1：收集地质和工程参数；
[0040]其中地质和工程参数包括：储隔层厚度、泊松比、杨氏模量、最大水平主应力、最小水平主应力、垂向应力、层理抗拉强度、层理内聚力、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多簇压裂裂缝扩展与支撑剂输运耦合模拟及定量表征方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：收集地质和工程参数；步骤2：建立流体流动方程；步骤3：建立裂缝本构方程；步骤4：建立支撑剂输运方程组；步骤5：综合步骤2
‑
4建立多簇压裂裂缝扩展与支撑剂输运耦合模型；步骤6：通过多簇压裂裂缝扩展均匀指数、铺置效率定量表征多簇压裂裂缝扩展均匀程度与裂缝内支撑剂铺置均匀程度；步骤7：将步骤1的参数代入步骤5模拟不同工程参数下多簇压裂裂缝扩展形态和裂缝内支撑剂铺置形态，通过步骤6定量表征。2.根据权利要求1...

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