[发明专利]水平井压裂近井筒裂缝扭曲形态数值模拟方法

说明书

公开了一种水平井压裂近井筒裂缝扭曲形态数值模拟方法。该方法可以包括：根据地层参数与施工参数，建立多层非均质地层模型；根据流体渗流方程、岩石变形方程、裂缝扭曲准则与裂缝面流体流动方程，建立流固耦合数值方程；根据流固耦合数值方程，在多层非均质地层模型内进行扩展有限元数值模拟，确定水平井压裂近井筒裂缝每一个时刻的扭曲形态。本发明通过计算裂缝宽度变化，分析施工参数等因素对裂缝扭曲变化的影响，根据裂缝扭曲变化程度和变化时间，提高水平井压裂优化设计的针对性，为现场水平井压裂优化设计提供理论依据。

技术领域

本发明涉及油气田开发领域，更具体地，涉及一种水平井压裂近井筒裂缝扭曲形态数值模拟方法。

背景技术

目前对于页岩气、致密气等非常规油气藏的开发大多采用水平井分段压裂技术，水平井压裂与直井压裂不同之处在于近井筒区域可形成裂缝扭曲，理论计算和物模实验验证了这种裂缝扭曲现象可能性。Zhang et al.(2005)应用拉格朗日数值计算方法模拟了近井筒附近三维裂缝裂缝转向问题，并与实验结果进行了对比，但他们的模型没有考虑裂缝及孔隙内流体流动与岩石变形间的耦合关系；Lecampion et al.(2013)分析了水平井压裂近井筒附近横向和纵向裂缝间竞争关系，分析结果主要与地层特征、施工参数、射孔参数及应力场有关，该模型的主要局限是无法实时显示裂缝扩展及扭曲形态，不能直观观察到裂缝变化过程；Sherman et al.(2015)应用三维有限元模型模拟了水平井近井筒附近裂缝扩展与转向，结果显示了近井筒附近裂缝复杂程度，记录了与这种复杂程度相一致的压力关系，但模型建立在单层均质储层基础上，且没有考虑施工参数、应力差等因素对裂缝复杂程度影响，没有量化裂缝从横向裂缝扭曲为纵向裂缝时的宽度变化。因此，有必要开发一种水平井压裂近井筒裂缝扭曲形态数值模拟方法。

公开于本发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明提出了一种水平井压裂近井筒裂缝扭曲形态数值模拟方法，其能够通过计算裂缝宽度变化，分析施工参数等因素对裂缝扭曲变化的影响，根据裂缝扭曲变化程度和变化时间，提高水平井压裂优化设计的针对性，为现场水平井压裂优化设计提供理论依据。

所述方法可以包括：根据地层参数与施工参数，建立多层非均质地层模型；根据流体渗流方程、岩石变形方程、裂缝扭曲准则与裂缝面流体流动方程，建立流固耦合数值方程；根据所述流固耦合数值方程，在所述多层非均质地层模型内进行扩展有限元数值模拟，确定水平井压裂近井筒裂缝每一个时刻的扭曲形态。

优选地，所述地层参数包括：初始地应力场、初始渗流场、初始孔隙度与裂缝面滤失系数、层理数量与层理厚度。

优选地，所述施工参数包括施工流体排量与施工流体粘度。

优选地，所述岩石变形方程为：

其中，σ_ij,e为ij平面的弹性应力，σ_ij,e0为ij平面的初始弹性应力，ε_ij,e为ij平面的弹性应变，Δ_ij表示在ij平面前一个参数的变化量，ε_kk,e为垂直于ij平面方向的弹性应变，G为弹性剪切模量，K为弹性体积模量，i、j代表i、j坐标方向，e表示弹性。

优选地，所述流体渗流方程为：

其中，β和M为Biot系数，k为岩石渗透率，γ为孔隙流体比重。

优选地，根据所述裂缝面流体流动方程，获得裂缝顶面法向滤失速率与裂缝底面法向滤失速率，进而建立流固耦合数值方程。

优选地，所述裂缝面流体流动方程为：