[發(fā)明專利]頁(yè)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(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710822907.X
• 申請(qǐng)日: 2017-09-13
• 公開（公告）號(hào): CN109505576B
• 公開（公告）日: 2020-12-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫志宇;蘇建政;張汝生;劉長(zhǎng)印;黃志文;李鳳霞;林鑫
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)石油化工股份有限公司;中國(guó)石油化工股份有限公司石油勘探開發(fā)研究院
• 主分類號(hào): E21B43/26
• 分類號(hào): 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

本發(fā)明公開了一種頁(yè)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)，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(duì)離散裂縫網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行網(wǎng)格劃分，劃分為矩形的裂縫單元；建立流體流動(dòng)的控制和本構(gòu)方程和力學(xué)計(jì)算的控制和本構(gòu)方程，模擬水力裂縫的擴(kuò)展和天然裂縫的張開和剪切作用；利用迭代法對(duì)流體流動(dòng)的控制和本構(gòu)方程和力學(xué)計(jì)算的控制和本構(gòu)方程進(jìn)行求解，并設(shè)定交叉作用準(zhǔn)則來控制水力壓裂裂縫的起裂、擴(kuò)展和穿越。采用本發(fā)明提出的方法隱式的耦合了流體流動(dòng)與裂縫誘導(dǎo)應(yīng)力之間的關(guān)系，模擬多條水力裂縫的擴(kuò)展以及天然裂縫的張開和剪切作用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于油氣田開發(fā)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種頁(yè)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)。

背景技術(shù)

經(jīng)典的水力壓裂模型是注入液體產(chǎn)生二維水力裂縫，并在地層持續(xù)擴(kuò)展(Economides和Nolte，2000)。但是現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)表明，水力壓裂可能形成多裂縫、分支網(wǎng)絡(luò)和其他的一些復(fù)雜形態(tài)。在很多實(shí)際應(yīng)用中，經(jīng)典的水力壓裂模型是可以勝任工程模擬目的的，但是在頁(yè)巖油氣水力壓裂過程中裂縫網(wǎng)絡(luò)可能變得非常復(fù)雜，經(jīng)典模型顯得過于簡(jiǎn)化而不再適用。水力裂縫在頁(yè)巖巖石中的擴(kuò)展會(huì)受已有天然裂縫、層理面和其他弱面的影響這些影響可能終止裂縫的擴(kuò)展，形成分支和網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜情況。剪切滑移是水力壓裂過程中另一項(xiàng)重要作用，其注入的流體會(huì)誘發(fā)已有裂縫的滑動(dòng)，通過破壞礦物組成結(jié)構(gòu)和形成裂縫面的分離提高裂縫導(dǎo)流能力。

用于描述水力壓裂復(fù)雜過程的模型目前正在開發(fā)，其過程很有挑戰(zhàn)性，因?yàn)樾枰瑫r(shí)模擬流體流動(dòng)、裂縫變形引起的各種誘導(dǎo)應(yīng)力、支撐劑運(yùn)移、流體的復(fù)雜流變性和裂縫網(wǎng)絡(luò)的幾何形態(tài)。基于連續(xù)介質(zhì)的雙重孔隙模型或者假定理想幾何形狀的網(wǎng)狀裂縫已經(jīng)被用于模擬壓裂井長(zhǎng)期生產(chǎn)情況，但是用其模擬水力壓裂進(jìn)程可能會(huì)過于簡(jiǎn)化。常規(guī)水力壓裂模型假定只有一個(gè)平面裂縫，因此需要改進(jìn)這些方法以描述非常規(guī)頁(yè)巖資源的壓裂。離散裂縫網(wǎng)絡(luò)(DFN)模型顯式的描述了各個(gè)裂縫，使其可以更加實(shí)際地模擬壓裂進(jìn)程，但是DFN方法實(shí)施起來有難度，要面臨較高的計(jì)算強(qiáng)度以及裂縫網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的復(fù)雜幾何形態(tài)問題。非常規(guī)水力壓裂增產(chǎn)過程中的裂縫網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜模型模擬已經(jīng)成了一些油氣研究團(tuán)隊(duì)近些年來的主要工作，開發(fā)了一些非常規(guī)油藏的增產(chǎn)模擬新方法。

然而，現(xiàn)有的模擬水力壓裂的方法或者是忽略了裂縫變形產(chǎn)生的誘導(dǎo)應(yīng)力、或者應(yīng)用的是簡(jiǎn)化的二維模型、或者是使用理想的局限于小量裂縫的網(wǎng)絡(luò)模型，或者是使用非常理想化的半解析近似解。因此，有必要提供一種頁(yè)巖水力壓裂三維全耦合離散裂縫網(wǎng)絡(luò)模擬方法，在大型復(fù)雜三維裂縫網(wǎng)絡(luò)模擬中，完全隱式的耦合流體流動(dòng)與裂縫變形(張開或者滑動(dòng))形成的誘導(dǎo)壓力。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明模擬頁(yè)巖水力壓裂復(fù)雜的三維離散裂縫網(wǎng)絡(luò)，完全耦合了流體流動(dòng)與裂縫誘導(dǎo)應(yīng)力之間的關(guān)系，分析裂縫性頁(yè)巖地層多裂縫的擴(kuò)展以及主裂縫與天然裂縫的相互作用，解釋頁(yè)巖壓裂常常觀察到的高凈值壓力、相對(duì)短的裂縫長(zhǎng)度和廣泛的微地震事件，這些現(xiàn)象在經(jīng)典水力壓裂模型中無法預(yù)測(cè)，根據(jù)地質(zhì)條件和施工參數(shù)的不同，可以模擬各種頁(yè)巖壓裂機(jī)理，從單條長(zhǎng)水力裂縫到包括數(shù)條天然裂縫和主裂縫的大范圍的裂縫網(wǎng)絡(luò)，從而指導(dǎo)頁(yè)巖壓裂設(shè)計(jì)，提高壓裂改造效果。

根據(jù)本發(fā)明的一方面，提出了一種頁(yè)巖水力壓裂三維全耦合離散裂縫網(wǎng)絡(luò)模擬方法，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(duì)所述離散裂縫網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行網(wǎng)格劃分，劃分為矩形的裂縫單元；

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

利用迭代法對(duì)所述流體流動(dòng)的控制和本構(gòu)方程和所述力學(xué)計(jì)算的控制和本構(gòu)方程進(jìn)行求解，并設(shè)定交叉作用準(zhǔn)則來控制水力壓裂裂縫的起裂、擴(kuò)展和穿越。

優(yōu)選地，所述建立流體流動(dòng)的控制和本構(gòu)方程和力學(xué)計(jì)算的控制和本構(gòu)方程，模擬水力裂縫的擴(kuò)展和天然裂縫的張開和剪切作用包括：