[发明专利]一种地层尺度下的粗糙裂缝内支撑剂输送数值模拟方法

说明书

本发明公开了一种地层尺度下的粗糙裂缝内支撑剂输送数值模拟方法，具体步骤：S1、采用压裂模拟器Fracpro PT模拟水力压裂过程中，获取水力裂缝扩展过程中的缝长、缝宽、缝高；S2、采集岩样，将岩样按照步骤S1获取的缝长与缝高等比例缩小至岩心尺寸，并加工成试样，利用人工劈裂的方式获得具有粗糙裂缝面的试样，然后激光扫描获得数字化的裂缝表面粗糙形貌特征参数；S3、获得具有地层尺度的粗糙裂缝形貌特征参数的裂缝表面；S4、获得由两个地层尺度的粗糙裂缝面组成的三维复杂裂缝空间；S5、建立用于数值模拟的复杂流动空间网格系统；S6、模拟支撑剂在地层尺度的粗糙裂缝内的运动过程，最终获得水力压裂结束后地层尺度的粗糙裂缝内的支撑剂输送特征。

技术领域

本发明涉及油气田开发工程领域，尤其是水力压裂改造过程中的一种地层尺度下的粗糙裂缝内支撑剂输送数值模拟方法。

背景技术

自美国于1947年首次开展水力压裂作业开始，水力压裂技术逐渐发展成为众多储层增产改造的“破冰利刃”，尤其在最近十数年对致密砂岩、页岩及煤层等非常规储层的有效改造和经济开发中，该项技术已经无可替代。水力压裂施工过程中，通过向地层注入高压流体实现压开裂缝，沟通储层并为油气流动提供高速通道；施工结束后，缝内压力降低导致裂缝壁面逐渐闭合，需要依靠早期混在压裂液中的高强度支撑剂支撑裂缝。支撑剂在裂缝中的充填使裂缝保持较高的导流能力，即保证了“油气高速公路”畅通，例如卢聪,郭建春,王文耀,邓燕，刘登峰.支撑剂嵌入及对裂缝导流能力损害的实验[J].天然气工业,2008,28(2):99-101.。因此，支撑剂在缝内的运移规律与分布形态对施工效果的影响至关重要。

缝内支撑剂运移规律与分布形态研究分为理论分析、物模实验和数值模拟三大类。由于大多现存理论已经滞后于现场应用，物模实验和数值模拟成为主要研究手段并共同推进理论发展。实验研究表明缝内支撑剂运动受混砂液黏度、排量、颗粒浓度以及裂缝宽度的影响。地层岩石在高压流体作用下受拉张或剪切破坏，产生粗糙裂缝壁面、缝宽非均匀分布，而实验装置大多采用光滑壁面、均匀缝宽分布。虽然粘合岩板(例如LiuY J,Sharma MM.Effect of Fracture Width and Fluid Rheology on Proppant Settling andRetardation[C].SPE 96208,2005.)和3D打印技术(例如专利CN201910322572.4)被引入用于考虑粗糙裂缝壁面对支撑剂运动的影响，受实验规模、成本和研究条件限制，需要大量结合数值模拟工作。

而且，现有技术忽略了地层尺度的裂缝粗糙面对支撑剂运动影响，容易导致支撑剂运移规律和堆积形态认识出现偏差，影响非常规油气储层水力压裂设计和效果评价。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术忽略了地层尺度的裂缝粗糙面对支撑剂运动影响，容易导致支撑剂运移规律和堆积形态认识出现偏差的问题，提供一种地层尺度下的粗糙裂缝内支撑剂输送数值模拟方法。

本发明提供的地层尺度下的粗糙裂缝内支撑剂输送数值模拟方法，包括以下步骤：

S1、根据现场实际参数，将目标压裂井层的井筒资料、地质资料、压裂液资料、施工参数输入到压裂模拟器Fracpro PT中，模拟水力压裂过程中储层水力裂缝延伸扩展过程，获取水力裂缝扩展过程中的缝长、缝宽、缝高。

S2、采集目的层的井下岩心或油气储层同层位的露头岩样，按照步骤S1获得的缝长与缝高比例等比例缩小到岩心尺寸，并加工成试样；参照专利ZL 201810203404.9中描述的方法，利用人工劈裂的方式将试样剖开，获得具有两个粗糙裂缝面的试样；并采用三维激光扫描方法获得数字化的裂缝表面粗糙形貌特征参数。具体按比例缩小的公式如下；

式中：L_formation——通过模拟获得的水力裂缝扩展过程中的缝长；

H_formation——通过模拟获得的水力裂缝扩展过程中的缝高；