一种基于近似解和能量方程的半解析裂缝扩展模拟方法技术

本发明专利技术公开了一种基于近似解和能量方程的半解析裂缝扩展模拟方法，涉及油气藏开发技术领域；该方法包括以下步骤：S1:获得目标储层的储层物性、岩石力学参数；获得单井的分段分簇参数和每一压裂段的注排量参数；S2:建立多裂缝扩展基础模型；S3:根据储层物性、岩石力学参数、单井的压裂段分段分簇参数和注排量参数求解多裂缝扩展基础模型，得到压裂段中裂缝参数；S4:将裂缝参数带入能量平衡方程和流量平衡方程，进行收敛性判断；若满足收敛条件，得到解值，计算下一步；若不满足收敛条件，则循环步骤S3~S4，直至收敛，获得压裂段的解值；S5:重复步骤S3~S4，得到单井所有压裂段的模拟结果。该方法的精度高、计算效率高。计算效率高。计算效率高。

【技术实现步骤摘要】
一种基于近似解和能量方程的半解析裂缝扩展模拟方法


[0001]本专利技术涉及油气藏开发
，具体涉及一种基于近似解和能量方程的半解析裂缝扩展模拟方法。

技术介绍

[0002]页岩储层孔隙度、渗透率极低，给页岩气的经济高效开发带来了极大的困难和挑战，长水平井段钻井和多段大排量水力压裂施工时页岩气开发的关键和核心技术，能最大程度地增加压裂裂缝地改造体积和表面积，最终达到提高产量和采收率的目的。页岩储层脆性大、天然裂缝和水平层理发育，压裂过程中容易发生剪切滑移和张性破坏，压裂裂缝不再是单一对称的两翼缝，可能形成复杂的网状裂缝，给页岩水力压裂设计、裂缝监测及解释、压后产能预测等带来诸多不便。因此，压裂裂缝的展布和裂缝扩展对页岩压裂设计施工、裂缝监测、产能评价至关重要。
[0003]目前常见的裂缝扩展数值模拟方法都在不同程度上存在模拟精度不高或者运算效率较低的缺点，在模拟大尺度多裂缝竞争扩展问题上具有较明显的局限性。如现有的DEM模型，其可以用于非连续面发育的岩体的裂缝展布和扩展，对于在模拟非连续面发育岩体的变形与破坏时具有先天优势，但其仅能间接表征材料的宏观力学参数，存在额外计算误差，因此精度不高，应用范围有局限；BEM模型虽然降低了问题维数，大大降低了计算规模和求解时间，但其难以考虑基质孔隙流体渗流与岩石骨架变形的相互耦合，具有明显的局限性。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种将无量纲近似解与能量守恒相结合的流固耦合新的基于近似解和能量方程的半解析裂缝扩展模拟方法，该方法在保证计算精度的同时还能提高运算速度。
[0005]本专利技术通过下述技术方案实现：本专利技术提供一种基于近似解和能量方程的半解析裂缝扩展模拟方法，包括以下步骤：S1:根据目标储层的测井数据、录井数据获得所述目标储层的储层物性、岩石力学参数；根据单井的钻井资料获得所述单井的分段分簇参数和每一压裂段的注排量参数；S2:建立多裂缝扩展基础模型；S3: 根据所述储层物性、岩石力学参数、所述单井的压裂段分段分簇参数和注排量参数求解所述多裂缝扩展基础模型，得到所述压裂段中的包含时空信息的近似解：裂缝开度，裂缝长度和裂缝内流体压力；S4:将初始值带入能量平衡方程和流量平衡方程求解得到下一迭代包含时空信息的数值解：裂缝开度，裂缝长度和裂缝内流体压力。然后根据迭代前后的流量差进行收敛性判断；若迭代前后的流量绝对差小于设定的阈值，则满足收敛条件并结束迭代。否则循环步骤S3~S4，直至收敛；获得所述压裂段的数值解作为下一时间步的初始值，进入下一时间步
的计算。
[0006]S5: 重复步骤S3~S4，直至达到所需的总泵送时间t(k)=T；获得所述压裂段的解值；S6:重复所述步骤S2~S5，得到所述单井的所有压裂段的解值，即为单井全井段模拟结果。
[0007]进一步地，在本申请地一些实施例中，所述储层物性包括目标储层的孔隙度、渗透率、流体和固体压缩系数；所述岩石力学参数包括岩石的弹性系数、泊松比和断裂韧性；所述分段分簇参数包括所述单井的段间距、簇间距、射孔长度、孔眼直径、孔密度、单段孔数；所述注排量参数包括每个所述压裂段的泵注总液量、排量、动态粘度和时间；所述泵注总液量包括净液量和混砂液量。
[0008]进一步地，在本申请地一些实施例中，所述多裂缝扩展基础模型包括联立的质量平衡方程、局部法向牵引力T和宽度w之间的弹性关系表达式、径向通量q
i
(r,t)与流体压力梯度的表达式、裂缝扩展准则、体积平衡方程、雷诺润滑方程、各裂缝入口压力平衡和射孔簇的流量总和表达式、各裂缝内的流量总和的表达式。
[0009]进一步地，在本申请地一些实施例中，其中，所述质量平衡方程为：
[0010]其中：q
i
是缝内流速；C
L
为滤失系数；k为岩石渗透性；c
r
为储层压缩系数；φ为岩石孔隙度；p0为储层压力；为与时间相关的函数，表示裂缝尖端到达坐标为r的点的时间；所述局部法向牵引力T和宽度w之间的弹性关系表达式为：
[0011]其中F为非局部积分算子；为裂缝在时间点t坐标r处的宽度；为裂缝在时间点t的半径；E
’
为弹性模量；径向通量与流体压力梯度的表达式为：
[0012]其中μ为动态粘度；裂缝扩展准则的表达式为：
[0013]其中K
I
表示I型裂缝的应力强度因子，K
IC 表示I型裂缝的断裂韧性；体积平衡方程为：
[0014]其中R
w
为井眼半径；雷诺润滑方程为：；各裂缝入口压力平衡和射孔簇的流量总和表达式为：
[0015]各裂缝内的流量总和的表达式为：。
[0016]进一步地，在本申请地一些实施例中，在裂缝扩展准则的表达式中，对于径向裂缝，K
I
表示为：。
[0017]进一步地，在本申请地一些实施例中，所述体积平衡方程在缝口处的边界条件、裂纹尖端的边界条件和裂纹尖端的初始条件下对进行积分得到；其中在缝口处的边界条件为：
[0018]其中R
w
为井眼半径；裂纹尖端的边界条件表达式为：；裂纹尖端的初始条件为：。
[0019]进一步地，在本申请地一些实施例中，所述解值包括：裂缝无量纲半径R
i
(t)/Z、缝内流量q
i
(R
w
,t)、缝口宽度w
i
(R
w
,t)和裂缝面积A(t)。
[0020]进一步地，在本申请地一些实施例中，所根据所述储层物性、岩石力学参数对所述多裂缝扩展基础模型进行赋值中赋值的参数包括：E、v、K
IC
、μ、Q、Z、σ
min
、R
w
、h
i,j
，其中，E为杨氏模量；为泊松比；K
IC
为I 型裂缝的断裂韧性；μ为动态粘度；Z为压裂段总长度；Q为单个分段总注入流量；σ
min
为最小原位围压应力；R
w
为井眼半径；h
i,j
为裂缝i 和j 之间的距离。
[0021]进一步地，在本申请地一些实施例中，S3中，所述求解基于第一假设，所述第一假设包括：（1）裂缝扩展遵循线性弹性断裂力学（LEFM），该力学假设材料在任何地方都遵循线性松弛应力
‑
应变关系；当裂纹尖端的应力强度因子达到材料断裂韧性时，将发生裂纹扩展；（2）裂缝内为不可压缩牛顿流体，并用润滑方程进行描述；（3）岩石是不透水的，液体滤失忽略；（4）所有裂缝均径向平行扩展；（5）在弹性和流体流动方程中均忽略重力；（6）流体前沿与裂缝前沿重合；（7）远场原位应力是均匀且恒定的。
[0022]进一步地，在本申请地一些实施例中，所述求解包括以下步骤：S31：分别设置力学参数以及计算的初始时间、最终时间和时间步长的值；S32：设定初始条件为，获得每条裂缝的缝内压力，裂缝半径，宽度；其本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于近似解和能量方程的半解析裂缝扩展模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：S1:根据目标储层的测井数据、录井数据获得所述目标储层的储层物性、岩石力学参数；根据单井的钻井资料获得所述单井的分段分簇参数和每一压裂段的注排量参数；S2:建立多裂缝扩展基础模型；S3: 根据所述储层物性、岩石力学参数、所述单井的压裂段分段分簇参数和注排量参数求解所述多裂缝扩展基础模型，得到所述压裂段中的包含时空信息的近似解：裂缝开度，裂缝长度和裂缝内流体压力；S4:将初始值带入能量平衡方程和流量平衡方程求解得到下一迭代包含时空信息的数值解：裂缝开度，裂缝长度和裂缝内流体压力；然后根据迭代前后的流量差进行收敛性判断；若迭代前后的流量绝对差小于设定的阈值，则满足收敛条件并结束迭代；否则循环步骤S3~S4，直至收敛；获得所述压裂段的数值解作为下一时间步的初始值，进入下一时间步的计算；S5:重复步骤S3~S4，直至达到所需的总泵送时间t
(k)
=T；获得所述压裂段的解值；S6:重复所述步骤S2~S5，得到所述单井的所有压裂段的解值，即为单井全井段模拟结果。2.根据权利要求1所述的一种基于近似解和能量方程的半解析裂缝扩展模拟方法，其特征在于，其中，所述储层物性包括目标储层的孔隙度、渗透率、流体和固体压缩系数；所述岩石力学参数包括岩石的弹性系数、泊松比和断裂韧性；所述分段分簇参数包括所述单井的段间距、簇间距、射孔长度、孔眼直径、孔密度、单段孔数；所述注排量参数包括每个所述压裂段的泵注总液量、排量、动态粘度和时间；所述泵注总液量包括净液量和混砂液量。3.根据权利要求1所述的一种基于近似解和能量方程的半解析裂缝扩展模拟方法，其特征在于，所述多裂缝扩展基础模型包括联立的质量平衡方程、局部法向牵引力T和宽度w之间的弹性关系表达式、径向通量与流体压力梯度的表达式、裂缝扩展准则、断裂韧性表达式、体积平衡方程、雷诺润滑方程、各裂缝入口压力平衡和射孔簇的流量总和表达式。4.根据权利要求3所述的一种基于近似解和能量方程的半解析裂缝扩展模拟方法，其特征在于：其中，所述质量平衡方程为：；其中：q
i
是缝内流速；C
L
为滤失系数；k为岩石渗透性；c
r
为储层压缩系数；φ为岩石孔隙度；p
0 为储层压力；为与时间相关的函数，表示裂缝尖端到达坐标为r的点的时间；所述局部法向牵引力T和宽度w之间的弹性关系表达式为：；
其中F为非局部积分算子；为裂缝在时间点t坐标r处的宽度；为裂缝在时间点t的半径；E
’
为弹性模量；径向通量与流体压力梯度的表达式为：；其中μ为动态粘度；裂缝扩展准则的表达式为：；其中K
I
表示I型裂缝的应力强度因子，K
IC
表示I型裂缝的断裂韧性；体积平衡方程为：；其中R
w
...

【专利技术属性】
技术研发人员：程呈，于川淇，
申请(专利权)人：成都理工大学，
类型：发明
国别省市：