[發(fā)明專利]一種考慮水冷沖擊作用的干熱巖水力裂縫擴展計算方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202211333375.0
• 申請日: 2022-10-28
• 公開（公告）號: CN115630509A
• 公開（公告）日: 2023-01-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 薛熠;劉帥;劉嘉;王林潮;梁鑫;白雪
• 申請（專利權(quán)）人: 西安理工大學(xué)
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/28;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 西安弘理專利事務(wù)所 61214
• 代理人: 劉娜

本發(fā)明公開了一種考慮水冷沖擊作用的干熱巖水力裂縫擴展計算方法，具體為：收集干熱巖地?zé)醿拥奈锢韰?shù)、擬注入的壓裂液參數(shù)和工程參數(shù)；根據(jù)工程參數(shù)，繪制擬模擬壓裂的巖體形狀，得到計算域；對計算域添加熱?流?固多物理場，建立相互的耦合關(guān)系，對多物理場耦合模型進(jìn)行全耦合計算以及損傷變量計算；并計算損傷對各參數(shù)的影響，重復(fù)上述步驟，直到該注入壓力下?lián)p傷變量不再增加；之后再增加注入壓力，進(jìn)行循環(huán)計算，直至巖體完全破裂即可停止計算。該方法充分考慮了低溫壓裂液注入高溫地層引起的水冷沖擊影響，可準(zhǔn)確預(yù)測起裂壓力及儲層水力裂縫擴展形態(tài)，定量地評估水力壓裂施工效果，為增強型地?zé)嵯到y(tǒng)的壓裂設(shè)計提供理論基礎(chǔ)和參考。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于干熱巖地?zé)崮荛_發(fā)的人工熱儲建造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種考慮水冷沖擊作用的干熱巖水力裂縫擴展計算方法。

背景技術(shù)

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，傳統(tǒng)化石能源的供應(yīng)日益緊缺。為實現(xiàn)節(jié)能減排和碳中和目標(biāo)，可再生能源在能源消費結(jié)構(gòu)中的比重將提高。地?zé)崮茏鳛橐环N儲量豐富、分布廣泛的可再生清潔能源，在實現(xiàn)碳中和目標(biāo)中發(fā)揮著重要作用。干熱巖是地?zé)崮茏钪饕拇鎯橘|(zhì)，其開發(fā)主要基于使用增強型地?zé)嵯到y(tǒng)來提取內(nèi)部熱量。利用水力壓裂等工程技術(shù)，在深部地下低滲透干熱巖中形成人工儲熱結(jié)構(gòu)，從而在長期內(nèi)經(jīng)濟地產(chǎn)生可觀的熱能。

然而深部巖體完整，水力壓裂困難，因此鉆井往往選擇在天然裂隙發(fā)育和斷層帶區(qū)域，這些區(qū)域地應(yīng)力復(fù)雜，天然裂隙分布情況未知，導(dǎo)致水力壓裂工程設(shè)計時裂隙擴展預(yù)測困難。如果水力壓裂不能準(zhǔn)確預(yù)測，可能造成壓裂液漏失嚴(yán)重。室內(nèi)試驗受限于苛刻的條件無法有效開展，因此干熱巖水力裂縫擴展數(shù)值模擬是有必要的。

高溫深層地層進(jìn)行水力壓裂施工時，低溫壓裂液快速注入高溫地層，壓裂縫中的液體與地層快速進(jìn)行熱交換，地層巖石的力學(xué)性能因水冷沖擊作用而劣化，并且因為冷卻收縮而產(chǎn)生低溫誘導(dǎo)熱應(yīng)力，兩者共同作用可以有效抵消部分巖石起裂時阻力。然而，目前的多數(shù)水力壓裂設(shè)計裂縫擴展模型尚未考慮到水冷沖擊對巖石力學(xué)性能的劣化作用給裂縫擴展所帶來的影響，存在一定的局限性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種考慮水冷沖擊作用的干熱巖水力裂縫擴展計算方法，從而準(zhǔn)確的預(yù)測起裂壓力及儲層水力裂縫擴展形態(tài)。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種考慮水冷沖擊作用的干熱巖水力裂縫擴展計算方法，具體按照以下步驟實施：

步驟1、收集干熱巖地?zé)醿拥奈锢韰?shù)、擬注入的壓裂液參數(shù)和工程參數(shù)；

步驟2、根據(jù)工程參數(shù)，利用COMSOL繪制擬模擬壓裂的巖體形狀，得到計算域，并利用MATLAB實現(xiàn)巖石非均勻性的Weibull 分布；

步驟3、對計算域添加熱-流-固多物理場，建立相互的耦合關(guān)系，形成熱-流-固多物理場耦合模型；

步驟4、對熱-流-固多物理場耦合模型進(jìn)行全耦合計算，將結(jié)果導(dǎo)入MATLAB進(jìn)行損傷變量計算；

步驟5、將損傷變量導(dǎo)入COMSOL中計算損傷對各參數(shù)的影響，并重復(fù)步驟4，直到該注入壓力下?lián)p傷變量不再增加，即損傷穩(wěn)定；

步驟6、增加注入壓力p_inj，重復(fù)步驟4、5進(jìn)行循環(huán)計算，直至巖體完全破裂即可停止計算，即可確定壓裂結(jié)束時裂隙擴展形態(tài)。

本發(fā)明的特點還在于，

步驟1中，物理參數(shù)包括：最大水平主應(yīng)力、最小水平主應(yīng)力、巖石彈性模量、巖石泊松比、巖石抗拉強度、巖石孔隙度、巖石密度、地層原始溫度、巖石滲透率、巖石熱膨脹系數(shù)、巖石導(dǎo)熱系數(shù)、巖石比熱容、巖石非均質(zhì)系數(shù)、巖石傳熱系數(shù)；壓裂液參數(shù)包括：壓裂液黏度、壓裂液密度、壓裂液導(dǎo)熱系數(shù)、壓裂液比熱容、壓裂液溫度；工程參數(shù)包括：井筒直徑和井間距。

步驟3中，熱-流-固多物理場耦合模型方程為：

固體力學(xué)方程：