[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

本發明公開了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，該包含：(S1)基于地層天然裂縫分布、就地應力大小與方向，設定裂縫潛在擴展路徑；(S2)以所有潛在裂縫為網格邊界，采用三角形單元將空間剖分為非結構化網格；(S3)采用基于非結構化網格的氣水兩相離散裂縫模型對壓裂、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)裂縫擴展過程模擬；(S5)當壓裂裂縫向前擴展遇到天然裂縫時，對裂縫相交行為判斷；(S6)壓裂擴展過程模擬結束后，返排及生產過程模擬。本發明的方法結合離散裂縫模型與動態裂縫，考慮地層中壓裂液與頁巖氣的兩相流動，實現了對頁巖氣藏水力壓裂返排生產過程的一體化模擬。

技術領域

本發明涉及一種頁巖氣藏水力壓裂模擬方法，具體涉及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。

背景技術

水力壓裂已經成為油氣藏，尤其是頁巖氣藏增產改造的有效手段，但長久以來，水力壓裂模擬軟件大多只是考慮了水力壓裂過程中，壓裂液注入地層導致巖石破裂及裂縫擴展的特征變化，沒有考慮地層中流體與壓裂液之間的兩相滲流關系，只考慮單一流體的注入壓裂模擬從而導致了大多數壓裂模擬無法反應壓裂液的注入對地層基質及油氣的影響。若能準確描述壓裂過程中的注入壓裂液與儲層流體之間的相互作用及流動變化，分析壓裂過程中真實的地層壓力的變化及滲透特征，并與后續悶井、生產過程實現耦合模擬，不僅有利于壓裂過程中裂縫擴展特征的研究，甚至對于實現油氣藏改造生產，實現壓裂—生產一體化優化設計同樣具有重要意義。

發明內容

本發明的目的是提供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，該方法解決了現有模擬方法未考慮到兩相滲流關系的問題，結合離散裂縫模型與動態裂縫設計，考慮了地層中壓裂液與頁巖氣的兩相流動，實現了對頁巖氣藏水力壓裂-返排-生產過程的一體化模擬。

為了達到上述目的，本發明提供了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，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。