[發明專利]水平井壓裂近井筒裂縫扭曲形態數值模擬方法

有效

• 申請號: 201810306321.2
• 申請日: 2018-04-08
• 公開（公告）號: CN110348031B
• 公開（公告）日: 2021-10-29
• 發明（設計）人: 孫志宇;蘇建政;張汝生;劉長印;黃志文;鄭惠光;李鳳霞
• 申請（專利權）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研究院
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23
• 代理公司: 北京思創畢升專利事務所 11218
• 代理人: 孫向民;廉莉莉

公開了一種水平井壓裂近井筒裂縫扭曲形態數值模擬方法。該方法可以包括：根據地層參數與施工參數，建立多層非均質地層模型；根據流體滲流方程、巖石變形方程、裂縫扭曲準則與裂縫面流體流動方程，建立流固耦合數值方程；根據流固耦合數值方程，在多層非均質地層模型內進行擴展有限元數值模擬，確定水平井壓裂近井筒裂縫每一個時刻的扭曲形態。本發明通過計算裂縫寬度變化，分析施工參數等因素對裂縫扭曲變化的影響，根據裂縫扭曲變化程度和變化時間，提高水平井壓裂優化設計的針對性，為現場水平井壓裂優化設計提供理論依據。

技術領域

本發明涉及油氣田開發領域，更具體地，涉及一種水平井壓裂近井筒裂縫扭曲形態數值模擬方法。

背景技術

目前對于頁巖氣、致密氣等非常規油氣藏的開發大多采用水平井分段壓裂技術，水平井壓裂與直井壓裂不同之處在于近井筒區域可形成裂縫扭曲，理論計算和物模實驗驗證了這種裂縫扭曲現象可能性。Zhang et al.(2005)應用拉格朗日數值計算方法模擬了近井筒附近三維裂縫裂縫轉向問題，并與實驗結果進行了對比，但他們的模型沒有考慮裂縫及孔隙內流體流動與巖石變形間的耦合關系；Lecampion et al.(2013)分析了水平井壓裂近井筒附近橫向和縱向裂縫間競爭關系，分析結果主要與地層特征、施工參數、射孔參數及應力場有關，該模型的主要局限是無法實時顯示裂縫擴展及扭曲形態，不能直觀觀察到裂縫變化過程；Sherman et al.(2015)應用三維有限元模型模擬了水平井近井筒附近裂縫擴展與轉向，結果顯示了近井筒附近裂縫復雜程度，記錄了與這種復雜程度相一致的壓力關系，但模型建立在單層均質儲層基礎上，且沒有考慮施工參數、應力差等因素對裂縫復雜程度影響，沒有量化裂縫從橫向裂縫扭曲為縱向裂縫時的寬度變化。因此，有必要開發一種水平井壓裂近井筒裂縫扭曲形態數值模擬方法。

公開于本發明背景技術部分的信息僅僅旨在加深對本發明的一般背景技術的理解，而不應當被視為承認或以任何形式暗示該信息構成已為本領域技術人員所公知的現有技術。

發明內容

本發明提出了一種水平井壓裂近井筒裂縫扭曲形態數值模擬方法，其能夠通過計算裂縫寬度變化，分析施工參數等因素對裂縫扭曲變化的影響，根據裂縫扭曲變化程度和變化時間，提高水平井壓裂優化設計的針對性，為現場水平井壓裂優化設計提供理論依據。

所述方法可以包括：根據地層參數與施工參數，建立多層非均質地層模型；根據流體滲流方程、巖石變形方程、裂縫扭曲準則與裂縫面流體流動方程，建立流固耦合數值方程；根據所述流固耦合數值方程，在所述多層非均質地層模型內進行擴展有限元數值模擬，確定水平井壓裂近井筒裂縫每一個時刻的扭曲形態。

優選地，所述地層參數包括：初始地應力場、初始滲流場、初始孔隙度與裂縫面濾失系數、層理數量與層理厚度。

優選地，所述施工參數包括施工流體排量與施工流體粘度。

優選地，所述巖石變形方程為：

其中，σ_ij,e為ij平面的彈性應力，σ_ij,e0為ij平面的初始彈性應力，ε_ij,e為ij平面的彈性應變，Δ_ij表示在ij平面前一個參數的變化量，ε_kk,e為垂直于ij平面方向的彈性應變，G為彈性剪切模量，K為彈性體積模量，i、j代表i、j坐標方向，e表示彈性。

優選地，所述流體滲流方程為：

其中，β和M為Biot系數，k為巖石滲透率，γ為孔隙流體比重。

優選地，根據所述裂縫面流體流動方程，獲得裂縫頂面法向濾失速率與裂縫底面法向濾失速率，進而建立流固耦合數值方程。

優選地，所述裂縫面流體流動方程為：