[發明專利]基于納米顆粒碰撞接觸模型的封堵頁巖孔喉仿真模擬方法

有效

• 申請號: 201810253412.4
• 申請日: 2018-03-26
• 公開（公告）號: CN108491639B
• 公開（公告）日: 2019-03-29
• 發明（設計）人: 張銳;薄克浩;劉澤華;高東亮;于亞楠;唐逸男
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 趙敏玲

本發明公開了基于納米顆粒碰撞接觸模型的封堵頁巖孔喉仿真模擬方法，它解決了現有技術中顆粒封堵效果不理想的問題，具有準確的描述鉆井液中納米顆粒間的碰撞行為、更真實模擬顆粒與流體間的相互作用的效果；其技術方案為：對頁巖孔喉結構進行表征，多點統計給出主體結構特征，構建頁巖孔喉結構模擬體；根據封堵顆粒和鉆井流體相關參數形成封堵顆粒群，設定邊界條件及初始條件；進行顆粒接觸判斷，確定顆粒間接觸關系；建立隨鉆井液運移封堵顆粒的運動方程；采用動態松弛法求解所述運動方程；設定顆粒堵卡孔喉準則，判斷顆粒是否形成穩定封堵；根據顆粒封堵效果評價體系，對納米顆粒封堵頁巖孔喉效果進行評價分析。

技術領域

本發明屬于石油鉆完井井壁防失穩和儲層保護技術領域，尤其涉及一種基于納米顆粒碰撞接觸模型的封堵頁巖孔喉仿真模擬方法。

背景技術

頁巖層鉆進水侵造成井壁失穩一直是困擾頁巖油、氣開采的世界級難題，納米顆粒封堵頁巖孔喉降水侵是解決其有效措施之一。目前對于顆粒封堵地層孔喉問題的研究，多采用實驗方法，相應的實驗設備多達30余種，根據其實驗目的大致可分為三類：

(1)評價堵漏材料堵漏效果(對裂縫層)；

(2)評價暫堵顆粒封堵性能(對高孔滲地層)；

(3)評價顆粒封堵降水侵效果(對頁巖孔、縫，低孔滲地層)；

各實驗評價涉及的滲濾介質各有不同，主要有天然巖心、濾紙、濾膜、砂床、鋼珠床、巖心濾片、人造泥餅、陶瓷濾筒、玻璃纖維濾網、玻璃縫板、鋼質縫板、含縫水泥塊等；方法原理均是以流動實驗為主，通過對滲濾流量(流體傳遞)或上下游壓力變化(壓力傳遞)來評價封堵效果。目前國內外學者已開展了大量的顆粒封堵實驗工作，也形成了相應完善的實驗方法，但封堵效果均只以宏觀尺度上的實驗滲透率大小變化來反映好壞，而對其微觀上封堵機制的揭示較少；而且實驗耗費成本高、過程復雜，尤其是對天然巖心(具有唯一性)實驗介質，實驗結果可重復性差。另外，低滲巖心的封堵實驗對設備密封性能要求高，密封檢測和維護時間長，目前大部分實驗設備無法保證如此高要求。因此，探索一種實驗評價之外且高效的封堵仿真模擬方法具有重要的意義。

關于納微米顆粒封堵頁巖孔喉方面的數值模擬研究，目前仍鮮有報道。中國專利號CN104504192A，公開了一種納米顆粒封堵頁巖孔喉的仿真模擬方法，但是該方法所采用的顆粒接觸模型，未考慮范德華力和鉆井液中粘附在顆粒表面膠結物質產生的粘結力對納米顆粒間碰撞行為的影響；對于流場作用力的施加過于簡化(僅在模擬初始時刻，流體作用力以固定外力的方式施加給封堵顆粒)，并未考慮整個封堵過程中流體與顆粒間的耦合作用；顆粒的封堵效果僅以外堆積層的密實度作為評價指標，并不能完全反映顆粒外堆積層的封堵能力，顆粒封堵效果評價體系有待進一步改進。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明提供了一種基于納米顆粒碰撞接觸模型的封堵頁巖孔喉仿真模擬方法，其具有能夠準確的描述鉆井液中納米顆粒間的碰撞行為、能夠更真實模擬顆粒與流體間的相互作用的效果。

本發明采用下述技術方案：

基于納米顆粒碰撞接觸模型的封堵頁巖孔喉仿真模擬方法，包括以下步驟：

步驟(1)對頁巖孔喉結構進行表征，多點統計給出其主體結構特征，構建頁巖孔喉結構模擬體；根據納米顆粒和鉆井流體相關參數形成封堵顆粒群，設定所述模擬體的邊界條件及初始條件；

步驟(2)采用網格單元法進行顆粒接觸判斷，確定納米顆粒間接觸關系；基于納米顆粒碰撞接觸模型和流固耦合模型，并根據牛頓第二定律，建立隨鉆井液運移納米顆粒的運動方程；

步驟(3)采用動態松弛法求解所述運動方程，計算每一時步納米顆粒參數；設定顆粒堵卡孔喉準則，判斷納米顆粒是否形成穩定封堵；