[發明專利]一種耦合頁巖氣藏水力壓裂返排生產過程一體化模擬方法

有效

• 申請號: 201911151497.6
• 申請日: 2019-11-21
• 公開（公告）號: CN110863810B
• 公開（公告）日: 2020-08-18
• 發明（設計）人: 唐慧瑩;梁海鵬;張東旭;張烈輝
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: E21B43/26
• 分類號: E21B43/26;E21B49/00;E21B47/00;G06F30/20;G06F111/10
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 王學芝

1.一種耦合頁巖氣藏水力壓裂返排生產過程一體化模擬方法，其特征在于，該包含：

(S1)基于地層天然裂縫分布、就地應力大小與方向，設定所有壓裂裂縫均垂直于最小水平主應力方向，并設定裂縫的擴展路徑，將其分為：壓裂裂縫、天然裂縫；

(S2)以所有潛在裂縫為網格邊界，采用基于三角形單元的非結構化網格對空間進行網格剖分，并在裂縫周邊進行網格加密，天然裂縫及壓裂裂縫單元與相鄰基質網格邊界重合，初始時刻所有裂縫單元閉合；

(S3)在壓裂開始時，設定與射孔相連接的壓裂裂縫單元已開啟，以向射孔點的注水過程代替壓裂液注入過程，基于三角形非結構化網格的氣水兩相離散裂縫模型計算裂縫單元開度w(x)、滲透率K_f，基于流體的滲流特征計算單元間傳導率T，獲得各類單元間傳導率T后，采用常規氣水兩相流動數值模擬方法對壓裂、返排、生產過程中裂縫及基質網格中壓力、飽和度進行計算；

(S4)裂縫擴展過程的模擬：基于氣水兩相離散裂縫模型計算得到的所有潛在裂縫單元內壓力變化特征和應力強度因子準則，判斷裂縫單元是否開啟：若裂縫尖端I型應力集中因子達到臨界值，則裂縫開始擴展；當裂縫開始擴展，則激活與當前裂縫相鄰的裂縫單元，進行裂縫擴展過程模擬；

(S5)當壓裂裂縫向前擴展遇到天然裂縫時，進行裂縫相交行為的判斷：基于天然裂縫屬性、方位、基質力學屬性、地應力方位及大小判斷壓裂裂縫是否穿過相遇的天然裂縫，若在沿天然裂縫的臨界半徑r_c處基質所受周向應力大于巖石抗拉強度，則有新的壓裂裂縫在天然裂縫壁面生成；若在該臨界半徑r_c位置天然裂縫已發生滑移，則天然裂縫破壞發生在新裂縫生成之前，壓裂裂縫無法穿過天然裂縫；若在該臨界半徑r_c位置天然裂縫未發生滑移，則壓裂裂縫穿過天然裂縫，繼續沿原路徑擴展；

(S6)壓裂裂縫擴展過程模擬結束后，將壓裂井關閉，以壓裂后地層飽和度和壓強為初始條件，模擬悶井過程；待悶井結束后，將注水井改為生產井，以定壓生產的方式進行生產，用以模擬氣水兩相返排過程及頁巖氣的生產過程；

在步驟(S3)中，對于已開啟的裂縫，以裂縫中心點為0點，沿裂縫長度方向x的裂縫單元開度w為：

式(1)中，p表示裂縫單元內流體壓強，σ_n表示作用于裂縫單元的就地法向應力，E和v分別表示巖石楊氏模量和泊松比，a表示裂縫半長；

在步驟(S3)中，基于立方準則，所述裂縫單元的滲透率K_f為：

2.根據權利要求1所述的耦合頁巖氣藏水力壓裂返排生產過程一體化模擬方法，其特征在于，在步驟(S3)中，所述單元間傳導率T包含：基質-基質傳導率、基質-裂縫傳導率和裂縫-裂縫傳導率。

3.根據權利要求2所述的耦合頁巖氣藏水力壓裂返排生產過程一體化模擬方法，其特征在于，所述基質-基質傳導率，對于任意形狀的基質網格i、j之間的傳導率T_i,j為：

式(4)中，A表示網格單元的交面，K表示兩基質單元滲透率的調和平均值，D為基質單元中心點到相交面的距離，為交面法向單位向量，為單元中心點連線單位向量，下標i、j對應基質網格i與j的參數。

4.根據權利要求2所述的耦合頁巖氣藏水力壓裂返排生產過程一體化模擬方法，其特征在于，所述基質-裂縫傳導率為：

式(11)中，A表示網格單元的交面，K表示網格單元滲透率的調和平均值，D為網格單元中心點到相交面的距離，為交面法向單位向量，為單元中心點連線單位向量，下標m代表基質屬性，f代表裂縫屬性。

5.根據權利要求2所述的耦合頁巖氣藏水力壓裂返排生產過程一體化模擬方法，其特征在于，所述裂縫-裂縫傳導率，任意兩個裂縫網格i和j之間的傳導率為：

式(10)中，A表示網格單元的交面，K表示裂縫網格單元滲透率的調和平均值，D為裂縫網格單元中心點到相交面的距離，n代表該點處所有相交裂縫的總數。