[發(fā)明專利]頁巖水力壓裂三維全耦合離散裂縫網(wǎng)絡(luò)模擬方法及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710822907.X
• 申請日: 2017-09-13
• 公開（公告）號: CN109505576B
• 公開（公告）日: 2020-12-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫志宇;蘇建政;張汝生;劉長印;黃志文;李鳳霞;林鑫
• 申請（專利權(quán)）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司石油勘探開發(fā)研究院
• 主分類號: E21B43/26
• 分類號: E21B43/26;E21B47/00;E21B49/00
• 代理公司: 北京思創(chuàng)畢升專利事務(wù)所 11218
• 代理人: 孫向民;廉莉莉

1.一種頁巖水力壓裂三維全耦合離散裂縫網(wǎng)絡(luò)模擬方法，其特征在于，該方法包括：

生成裂縫，提前指定可能形成的水力裂縫的位置，建立離散裂縫網(wǎng)絡(luò)；

對所述離散裂縫網(wǎng)絡(luò)進行網(wǎng)格劃分，劃分為矩形的裂縫單元；

建立流體流動的控制和本構(gòu)方程和力學計算的控制和本構(gòu)方程，模擬水力裂縫的擴展和天然裂縫的張開和剪切作用；

利用迭代法對所述流體流動的控制和本構(gòu)方程和所述力學計算的控制和本構(gòu)方程進行求解，并設(shè)定交叉作用準則來控制水力壓裂裂縫的起裂、擴展和穿越；

其中，所述建立流體流動的控制和本構(gòu)方程和力學計算的控制和本構(gòu)方程，模擬水力裂縫的擴展和天然裂縫的張開和剪切作用包括：

應(yīng)用非線性經(jīng)驗公式顯示正應(yīng)力、裂縫張開、裂縫滑動與裂縫開度和裂縫導流能力之間的關(guān)系；

應(yīng)用半解析的一維液體濾失模型計算壓力隨時間在裂縫中變化；

應(yīng)用Forch-heimer方程模擬裂縫內(nèi)的非達西壓降；

應(yīng)用垂直剖面非均勻應(yīng)力場控制頁巖各層間的水力裂縫高度；

應(yīng)用所述半解析的一維液體濾失模型，每個裂縫單元的濾失只與當前的裂縫單元有關(guān)，此時壓力傳導距離表示為：

其中，d_inv表示為壓力傳導距離；c_t為地層綜合壓縮系數(shù)；μ為流體粘度；φ_init為初始孔隙度；k為滲透率；t為時間；

基于所述Forch-heimer方程，建立包含非達西傳導系數(shù)的達西方程，所述達西方程表示為：

其中，P為流體壓力；x為沿裂縫距離；T_adj為非達西傳導系數(shù)；μ為流體粘度；T為傳導系數(shù)；Q為達西流量；B為無量綱常數(shù)；ρ為流體密度；

利用邊界單元法建立所述力學計算的控制和本構(gòu)方程，所述力學計算的控制和本構(gòu)方程包括：

正應(yīng)力的邊界條件方程；

剪應(yīng)力的邊界條件方程；

在最大剪切應(yīng)力方向上滑動的條件方程；所述正應(yīng)力的邊界條件方程表示為：

其中，為裂縫遠場載荷應(yīng)力；P為流體壓力；Δσ_n為裂縫單元累計變形形成的誘導應(yīng)力引起的正應(yīng)力的變化；

所述剪應(yīng)力的邊界條件方程表示為：

其中，和為由于遠場載荷的剪切應(yīng)力分量；Δτ_d和Δτ_s為由于受力的累積變形而引起的剪應(yīng)力的變化；η為輻射阻尼系數(shù)；v為滑移速度所述在最大剪切應(yīng)力方向上滑動的條件方程表示為：

其中，和為由于遠場載荷的剪切應(yīng)力分量；Δτ_d和Δτ_s為由于受力的累積變形而引起的剪應(yīng)力的變化；v_d為傾斜方向的剪切應(yīng)力；v_s為走向剪切應(yīng)力。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頁巖水力壓裂三維全耦合離散裂縫網(wǎng)絡(luò)模擬方法，其中，所述交叉作用準則包括：提前指定可能形成裂縫的位置，假設(shè)裂縫在開始模擬之前與最小主應(yīng)力方向垂直。

3.一種頁巖水力壓裂三維全耦合離散裂縫網(wǎng)絡(luò)模擬系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括：

存儲器，其上存儲有計算機可執(zhí)行指令；

處理器，所述處理器執(zhí)行計算機可執(zhí)行指令時實現(xiàn)以下步驟：

生成裂縫，提前指定可能形成的水力裂縫的位置，建立離散裂縫網(wǎng)絡(luò)；

對所述離散裂縫網(wǎng)絡(luò)進行網(wǎng)格劃分，劃分為矩形的裂縫單元；

建立流體流動的控制和本構(gòu)方程和力學計算的控制和本構(gòu)方程，模擬水力裂縫的擴展和天然裂縫的張開和剪切作用；

利用迭代法對所述流體流動的控制和本構(gòu)方程和所述力學計算的控制和本構(gòu)方程進行求解，并設(shè)定交叉作用準則來控制水力壓裂裂縫的起裂、擴展和穿越；

其中，所述建立流體流動的控制和本構(gòu)方程和力學計算的控制和本構(gòu)方程，模擬水力裂縫的擴展和天然裂縫的張開和剪切作用包括：

應(yīng)用非線性經(jīng)驗公式顯示正應(yīng)力、裂縫張開、裂縫滑動與裂縫開度和裂縫導流能力之間的關(guān)系；

應(yīng)用半解析的一維液體濾失模型計算壓力隨時間在裂縫中變化；

應(yīng)用Forch-heimer方程模擬裂縫內(nèi)的非達西壓降；

應(yīng)用垂直剖面非均勻應(yīng)力場控制頁巖各層間的水力裂縫高度；

應(yīng)用所述半解析的一維液體濾失模型，每個裂縫單元的濾失只與當前的裂縫單元有關(guān)，此時壓力傳導距離表示為：

其中，d_inv表示為壓力傳導距離；c_t為地層綜合壓縮系數(shù)；μ為流體粘度；φ_init為初始孔隙度；k為滲透率；t為時間；

基于所述Forch-heimer方程，建立包含非達西傳導系數(shù)的達西方程，所述達西方程表示為：

其中，P為流體壓力；x為沿裂縫距離；T_adj為非達西傳導系數(shù)；μ為流體粘度；T為傳導系數(shù)；Q為達西流量；B為無量綱常數(shù)；ρ為流體密度；

利用邊界單元法建立所述力學計算的控制和本構(gòu)方程，所述力學計算的控制和本構(gòu)方程包括：

正應(yīng)力的邊界條件方程；

剪應(yīng)力的邊界條件方程；

在最大剪切應(yīng)力方向上滑動的條件方程；所述正應(yīng)力的邊界條件方程表示為：

其中，為裂縫遠場載荷應(yīng)力；P為流體壓力；Δσ_n為裂縫單元累計變形形成的誘導應(yīng)力引起的正應(yīng)力的變化；

所述剪應(yīng)力的邊界條件方程表示為：

其中，和為由于遠場載荷的剪切應(yīng)力分量；Δτ_d和Δτ_s為由于受力的累積變形而引起的剪應(yīng)力的變化；η為輻射阻尼系數(shù)；v為滑移速度所述在最大剪切應(yīng)力方向上滑動的條件方程表示為：

其中，和為由于遠場載荷的剪切應(yīng)力分量；Δτ_d和Δτ_s為由于受力的累積變形而引起的剪應(yīng)力的變化；v_d為傾斜方向的剪切應(yīng)力；v_s為走向剪切應(yīng)力。