CN106894793B - 水平井分段多簇射孔压裂优化方法及装置 - Google Patents

水平井分段多簇射孔压裂优化方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供一种水平井分段多簇射孔压裂优化方法及装置，涉及油气田增产改造领域。方法包括建立簇间流量动态分配模型，并计算缝内流体压力；建立应力干扰模型；依据应力干扰模型和簇间流量动态分配模型，建立多簇压裂裂缝动态延伸模型；建立多裂缝同时扩展步长模型，将满足多簇压裂裂缝动态延伸模型的施工参数，代入多裂缝同时扩展步长模型中，得到最优施工参数。利用多簇压裂裂缝动态延伸模型可以选择符合条件的施工参数，再利用多裂缝同时扩展步长模型计算出扩展步长和角度，选取最优施工参数。可解决现有技术施工时，认为每簇裂缝都能够有效延伸的缺陷，还能够对簇间距、射孔方式等参数进行择优选择。

Description

水平井分段多簇射孔压裂优化方法及装置
技术领域
本发明涉及油气田增产改造领域，具体而言，涉及一种水平井分段多簇射孔压裂优化方法及装置。
背景技术
水平井分段多簇射孔压裂是指在进行水平井压裂时，由于水平井水平段长度较大，因此采用封隔器将水平井的水平段以一定距离分隔成若干个小段，每一段内又以一定间距进行多簇射孔压裂，相临两射孔簇之间的距离称为簇间距。水平井分段多簇射孔压裂一般先以单一段内多簇射孔压裂进行优化设计，然后再推广到多段。单一段内多簇射孔压裂的原则是尽可能实现每个射孔簇裂缝都能有效延伸，从而减小油气运移距离，增大产量。而目前进行水平井段内多簇射孔压裂设计时，大多根据位移不连续法建立水力裂缝诱导应力场计算模型，然后根据簇间距主应力转向范围进行簇间距优化设计。但该方法的一大缺点是认为每一簇裂缝都能够有效延伸，没法反映裂缝从开始施工到施工结束这一动态过程，而现场压裂施工和生产表明，同一段多簇射孔压裂时，只有部分簇裂缝能够有效延伸，并不能得到很好的应用效果。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种水平井分段多簇射孔压裂优化方法及装置，以改善上述问题。
本发明实施例提供的一种水平井分段多簇射孔压裂优化方法，包括：建立簇间流量动态分配模型，并计算缝内流体压力；建立应力干扰模型；依据应力干扰模型和簇间流量动态分配模型，建立多簇压裂裂缝动态延伸模型；建立多裂缝同时扩展步长模型，将满足所述多簇压裂裂缝动态延伸模型的施工参数，代入所述多裂缝同时扩展步长模型中，得到最优施工参数。
本发明实施例还提供一种水平井分段多簇射孔压裂优化装置，所述装置包括：流量分配模型建立模块，用于建立簇间流量动态分配模型，并计算缝内流体压力；应力干扰模型建立模块，用于建立应力干扰模型；裂缝延伸模型建立模块，用于依据应力干扰模型和簇间流量动态分配模型，建立多簇压裂裂缝动态延伸模型；最优参数求解模块，用于建立多裂缝同时扩展步长模型，将满足所述多簇压裂裂缝动态延伸模型的施工参数，代入所述多裂缝同时扩展步长模型中，得到最优施工参数。
与现有技术相比，本发明的水平井分段多簇射孔压裂优化方法及装置，通过综合应用位移不连续法、流体力学、断裂力学等多学科知识，建立了考虑簇间应力干扰和簇间流量动态分配的水平井分段多簇压裂裂缝动态延伸模型，利用多簇压裂裂缝动态延伸模型可以选择符合条件的施工参数，再利用多裂缝同时扩展步长模型计算出扩展步长和角度，选取最优施工参数。可解决现有技术施工时，认为每簇裂缝都能够有效延伸的缺陷，还能够对簇间距、射孔方式等参数进行择优选择，能够尽可能实现每个射孔簇裂缝都能有效延伸，从而减小油气运移距离，增大产量。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明+较佳实施例提供的电子设备的结构框图。
图2为本发明较佳实施例提供的水平井分段多簇射孔压裂优化装置的方框示意图。
图3为本发明较佳实施例的水平井段内多簇压裂流体流动示意图。
图4a和图4b分别为第一施工参数和第二施工参数下的裂缝轨迹图。
图5为本发明较佳实施例提供的水平井分段多簇射孔压裂优化方法的流程图。
图标：10-电子设备；101-存储器；102-存储控制器；103-处理器；104-外设接口；105-显示单元；106-音频单元；107-输入输出单元；200-水平井分段多簇射孔压裂优化装置；201-流量分配模型建立模块；202-应力干扰模型建立模块；203-裂缝延伸模型建立模块；204-最优参数求解模块。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
请参考图1，是本发明实施例提供的电子设备10的结构框图，本发明实施例提供的水平井分段多簇射孔压裂优化装置200可应用于电子设备10中。所述电子设备10可以是，但不限于智能手机、个人电脑(personal computer，PC)、平板电脑、个人数字助理(personaldigital assistant，PDA)、移动上网设备(mobile Internet device，MID)等。所述电子设备10的操作系统可以是，但不限于，安卓(Android)系统、IOS(iPhone operating system)系统、Windows phone系统、Windows系统等。
于本发明实施例中，所述电子设备10还包括存储器101、存储控制器102、处理器103、外设接口104、显示单元105、音频单元106以及输入输出单元107。
所述存储器101、存储控制器102、处理器103、外设接口104、显示单元105、音频单元106以及输入输出单元107，各元件相互之间直接或间接地电性连接，以实现数据的传输或交互。例如，这些元件相互之间可通过一条或多条通讯总线或信号线实现电性连接。所述水平井分段多簇射孔压裂优化装置200包括至少一个可以软件或固件(firmware)的形式存储于所述存储器101中或固化在所述电子设备10的操作系统(operating system，OS)中的软件功能模块。所述处理器103用于执行存储器101中存储的可执行模块，例如，所述水平井分段多簇射孔压裂优化装置200包括的软件功能模块或计算机程序。
处理器103可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。上述的处理器103可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现成可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器103也可以是任何常规的处理器等。
所述外设接口104将各种输入/输出装置耦合至处理器103以及存储器101。在一些实施例中，外设接口104，处理器103以及存储控制器102可以在单个芯片中实现。在其他一些实例中，他们可以分别由独立的芯片实现。
显示单元105在所述电子设备1010与用户之间提供一个交互界面(例如用户操作界面)或用于显示图像数据给用户参考。在本实施例中，所述显示单元105可以是液晶显示器或触控显示器。若为触控显示器，其可为支持单点和多点触控操作的电容式触控屏或电阻式触控屏等。支持单点和多点触控操作是指触控显示器能感应到来自该触控显示器上一个或多个位置处同时产生的触控操作，并将该感应到的触控操作交由处理器进行计算和处理。
音频单元106向用户提供音频接口，其可包括一个或多个麦克风、一个或者多个扬声器以及音频电路。
输入输出单元107用于提供给用户输入数据实现用户与所述电子设备10的交互。所述输入输出单元107可以是，但不限于，鼠标和键盘等。
请参考图2，是本发明较佳实施例提供的水平井分段多簇射孔压裂优化装置200的方框示意图。所述水平井分段多簇射孔压裂优化装置200包括流量分配模型建立模块201、应力干扰模型建立模块202、裂缝延伸模型建立模块203以及最优参数求解模块204。
所述流量分配模型建立模块201，用于建立簇间流量动态分配模型，并计算缝内流体压力。所述簇间流量动态分配模型包括：
压裂液在井筒中流动的摩阻计算公式
压裂液在射孔孔眼中流动的摩阻计算公式
Figure BDA0001237366880000062
压裂液在水力裂缝中流动的压降计算公式
Figure BDA0001237366880000063
压裂液在水力裂缝中流动的连续性方程
Figure BDA0001237366880000064
依据基尔霍夫定理，压裂液在井筒根部的压力为
pw＝pfw,i+ppf,i+pf,i
请参考图3，是压裂液进入多个裂缝的示意图，由图可知，压裂液的总排量等于流入每条水力裂缝的流量之和，为
Figure BDA0001237366880000071
其中，p为缝内流体压力，MPa；q为压裂液在裂缝单元的流量，m3/s；K为压裂液的稠度系数，Pa·sn；n为压裂液的流态指数，为无因次量；h为裂缝高度，m；w为裂缝宽度，m；t为施工时间，s；ct为压裂液综合滤失系数，m/s1/2；τ(s)为t时刻压裂液到达s处所需时间，s；QT(t)为t时刻压裂液总排量，m3/s；Qi(t)为t时刻进入第i条半翼裂缝的流量，m3/s；N为裂缝簇数，N大于或等于1，pw为井筒根部流体压力，MPa；pfw,i为第i条半翼裂缝的缝口压力，MPa；ppf,i为第i条半翼裂缝处的射孔孔眼摩阻，MPa；pf,i为井筒根部到第i条半翼裂缝的井筒摩阻，MPa；np为射孔孔眼数目，d为射孔孔眼直径，m；C为孔眼流量系数，ρ为压裂液混合密度，kg/m3。
所述地层基本参数包括水平最大地应、水平最小地应力、井筒半径、地层岩石杨氏模量、地层岩石泊松比、水平段深度、裂缝高度、压裂液综合滤失系数、压裂液流态指数、压裂液稠度系数等。本实施例中，选择的地层基本参数分别为：水平最大地应为58MPa、水平最小地应力为549MPa、井筒半径为0.12m、地层岩石杨氏模量31GPa、地层岩石泊松比为0.21、水平段深度为2597.54–2615.18m、裂缝高度为50、压裂液综合滤失系数为1×10-4m/min0.5、压裂液流态指数为0.7、压裂液稠度系数为30.4×10-9MPa.sn。
本实施例中，选择两组施工参数作对比，分别为第一施工参数和第二施工参数，第一施工参数包括：裂缝簇数为3；射孔方式为第1簇孔径13mm孔数16，第2簇孔径16mm孔数18，第3簇孔径13mm孔数20；簇间距均为30m。第二施工参数包括：裂缝簇数为3；射孔方式为第1簇孔径12mm孔数16，第2簇孔径16mm孔数16，第3簇孔径12mm孔数20；簇间距均为30m。
在地层基本参数确定后，基于上述簇间流量动态分配模型，并将施工参数代入后，可以求得缝内流体压力P，并由缝内流体压力值可求得各裂缝单元的净压力。
所述应力干扰模型建立模块202，用于建立应力干扰模型。
具体的，所述应力干扰模型建立模块202用于将水力裂缝离散成若干个单元，每个裂缝单元在地层中任意一点产生的诱导应力计算式为
考虑缝高效应，并根据应力叠加原理可得若干个裂缝单元在地层中任意一点产生的诱导应力为
其中，
Figure BDA0001237366880000092
Figure BDA0001237366880000093
Figure BDA0001237366880000094
式中，
Figure BDA0001237366880000095
为裂缝单元切向位移不连续量，m；
Figure BDA0001237366880000096
为裂缝单元法向位移不连续量，m；为单元j局部坐标系
Figure BDA0001237366880000098
轴到全局坐标系x轴的转角，逆时针方向为正，反之为负，(xj,yj)为裂隙单元j中心在全局坐标系下的坐标位置，m；ν为地层岩石泊松比，无因此；μ为地层剪切模量，MPa；
Figure BDA0001237366880000101
为第j个裂缝单元的半长，m；H裂缝单元高度，m；dij为地层任意一点到裂缝单元的距离，m。
利用各裂缝单元的净压力和上述应力干扰模型可以求得每个裂缝单元对应的法向位移不连续量，法向位移不连续量即为裂缝宽度。
所述裂缝延伸模型建立模块203，用于依据应力干扰模型和簇间流量动态分配模型，建立多簇压裂裂缝动态延伸模型。
具体的，所述裂缝延伸模型建立模块203包括：建立整个系统和每条裂缝满足的第一和第二物质平衡方程，分别为
迭代求解，Qi,j+1＝(1-α1)Qi,j+α1Qi,j+1/2
q(i)k,j+1＝(1-α2)q(i)k,j+α2q(i)k,j+1/2
当两个迭代计算步的流量足够接近时，即两个迭代计算步的流量之差在预设范围内时，则结束迭代：
Figure BDA0001237366880000111
其中：Qi,j+1为第i条裂缝第j+1个迭代步的缝口流量，m3/s；q(i)k,j+1为第i条裂缝内第k个节点第j+1个迭代步的流量，m3/s；α1和α2为迭代因子，本发明实施例取α1＝α2＝0.1；TOL为迭代收敛容差，Nki为第i条裂缝离散的流量计算点数。
将利用所述簇间流量动态分配模型和应力干扰模型解得的裂缝宽度的值代入上述第一物质平衡方程
Figure BDA0001237366880000112
中，可得到时间步长ΔT，将时间步长ΔT代入第二物质平衡方程中，可以求解每条裂缝缝口流量Qi,j+1/2。利用裂缝延伸模型建立模块203的Qi,j+1/2与Qi,j+1的关系式可以求得Qi,j+1，并将Qi,j+1代入第一迭代收容差计算式
Figure BDA0001237366880000113
判断是否满足，若满足，则可根据簇间流量动态分配模型的压裂液在水力裂缝中流动的压降计算公式计算每条裂缝各节点处的流量q(i)k,j+1/2，并通过q(i)k,j+1＝(1-α2)q(i)k,j+α2q(i)k,j+1/2和第二迭代收容差计算式
Figure BDA0001237366880000114
若满足，则结束迭代计算。
所述最优参数求解模块204，用于建立多裂缝同时扩展步长模型，将满足所述多簇压裂裂缝动态延伸模型的施工参数，代入所述多裂缝同时扩展步长模型中，得到最优施工参数。
具体的，所述多裂缝同时扩展步长模型包括：裂缝尖端应力强度因子方程，为
Figure BDA0001237366880000121
裂缝尖端能量释放率为
Figure BDA0001237366880000122
裂缝是否扩展判断方程为
Figure BDA0001237366880000123
裂缝扩展方向为
Figure BDA0001237366880000124
其中，Ds为每条裂缝裂尖单元的切向位移不连续量，Ds等于
Figure BDA0001237366880000125
Dn为每条裂缝裂尖单元的法向位移不连续量，Dn等于
Figure BDA0001237366880000126
KI为I型应力强度因子，
Figure BDA0001237366880000127
KII为II型应力强度因子，
Figure BDA0001237366880000128
dai为第i个裂缝尖端的扩展步长，m；damax为最大裂缝扩展步长，m；Gi为第i个裂缝尖端的能量释放率，N·m-1；Gc为地层岩石临界能量释放率，N·m-1；Gmax为所有裂缝尖端中最大的能量释放率，N·m-1；
Figure BDA0001237366880000129
为经验参数，常量；θ0为裂缝扩展方向。
利用应力干扰模型可以求得的每条裂缝裂尖单元的切向位移不连续量
Figure BDA0001237366880000131
和法向位移不连续量
Figure BDA0001237366880000132
由于Ds等于Dn等于
Figure BDA0001237366880000134
将Dn和Ds代入裂缝尖端应力强度因子方程，可以得到裂缝尖端应力强度因子KI和KII，依据所述裂缝是否扩展判断方程判断裂缝是否扩展，并可以计算出扩展的步长，还可以通过多裂缝同时扩展步长模型计算出裂缝扩展方向。将不同施工参数得到的裂缝的延伸轨迹及缝宽作对比，便可选取最优施工参数。
如图4a和图4b，分别为第一施工参数和第二施工参数下的裂缝轨迹图。由图4a和图4b的对比可以得出，第二施工参数比第一施工参数更能是的压裂裂缝均匀延伸，因此较第一施工参数而言，第二施工参数更优。容易理解的是，在更多组的施工参数下，也能通过本发明实施例的水平井分段多簇射孔压裂优化装置200选取最优施工参数。
请参考图5，为较佳实施例提供的水平井分段多簇射孔压裂优化方法的流程图。需要说明的是，本发明所述的水平井分段多簇射孔压裂优化方法并不以图5以及以下所述的具体顺序为限制。应当理解，在其它实施例中，本发明所述的水平井分段多簇射孔压裂优化方法其中部分步骤的顺序可以根据实际需要相互交换，或者其中的部分步骤也可以省略或删除。本实施例的水平井分段多簇射孔压裂优化方法应用于水平井分段多簇射孔压裂优化装置200。下面将对图5所示的具体流程进行详细阐述。请参阅图5，所述水平井分段多簇射孔压裂优化方法包括：
步骤S101，建立簇间流量动态分配模型，依据地层基本参数和施工参数，计算缝内流体压力。
具体的，所述簇间流量动态分配模型包括：
压裂液在井筒中流动的摩阻计算公式
压裂液在射孔孔眼中流动的摩阻计算公式
Figure BDA0001237366880000142
压裂液在水力裂缝中流动的压降计算公式
压裂液在水力裂缝中流动的连续性方程
依据基尔霍夫定理，压裂液在井筒根部的压力为
pw＝pfw,i+ppf,i+pf,i
压裂液的总排量等于流入每条水力裂缝的流量之和，为
Figure BDA0001237366880000145
其中，p为缝内流体压力，MPa；q为压裂液在裂缝单元的流量，m3/s；K为压裂液的稠度系数，Pa·sn；n为压裂液的流态指数，为无因次量；h为裂缝高度，m；w为裂缝宽度，m；t为施工时间，s；ct为压裂液综合滤失系数，m/s1/2；τ(s)为t时刻压裂液到达s处所需时间，s；QT(t)为t时刻压裂液总排量，m3/s；Qi(t)为t时刻进入第i条半翼裂缝的流量，m3/s；N为裂缝簇数，N大于或等于1，pw为井筒根部流体压力，MPa；pfw,i为第i条半翼裂缝的缝口压力，MPa；ppf,i为第i条半翼裂缝处的射孔孔眼摩阻，MPa；pf,i为井筒根部到第i条半翼裂缝的井筒摩阻，MPa；np为射孔孔眼数目，d为射孔孔眼直径，m；C为孔眼流量系数，ρ为压裂液混合密度，kg/m3。
所述地层基本参数包括水平最大地应、水平最小地应力、井筒半径、地层岩石杨氏模量、地层岩石泊松比、水平段深度、裂缝高度、压裂液综合滤失系数、压裂液流态指数、压裂液稠度系数等。本实施例中，选择的地层基本参数分别为：水平最大地应为58MPa、水平最小地应力为549MPa、井筒半径为0.12m、地层岩石杨氏模量31GPa、地层岩石泊松比为0.21、水平段深度为2597.54–2615.18m、裂缝高度为50、压裂液综合滤失系数为1×10-4m/min0.5、压裂液流态指数为0.7、压裂液稠度系数为30.4×10-9MPa.sn。
本实施例中，选择两组施工参数作对比，分别为第一施工参数和第二施工参数，第一施工参数包括：裂缝簇数为3；射孔方式为第1簇孔径13mm孔数16，第2簇孔径16mm孔数18，第3簇孔径13mm孔数20；簇间距均为30m。第二施工参数包括：裂缝簇数为3；射孔方式为第1簇孔径12mm孔数16，第2簇孔径16mm孔数16，第3簇孔径12mm孔数20；簇间距均为30m。
在地层基本参数确定后，基于上述簇间流量动态分配模型，并将施工参数代入后，可以求得缝内流体压力P，并由缝内流体压力值可求得各裂缝单元的净压力。
本实施例中，所述步骤S101可以由流量分配模型建立模块201执行。
步骤S102，建立应力干扰模型。
具体的，所述应力干扰模型建立模块202用于将水力裂缝离散成若干个单元，每个裂缝单元在地层中任意一点产生的诱导应力计算式为
Figure BDA0001237366880000161
考虑缝高效应，并根据应力叠加原理可得若干个裂缝单元在地层中任意一点产生的诱导应力为
Figure BDA0001237366880000162
其中，
Figure BDA0001237366880000171
Figure BDA0001237366880000172
Figure BDA0001237366880000173
式中，
Figure BDA0001237366880000174
为裂缝单元切向位移不连续量，m；
Figure BDA0001237366880000175
为裂缝单元法向位移不连续量，m；为单元j局部坐标系
Figure BDA0001237366880000177
轴到全局坐标系x轴的转角，逆时针方向为正，反之为负，(xj,yj)为裂隙单元j中心在全局坐标系下的坐标位置，m；ν为地层岩石泊松比，无因此；μ为地层剪切模量，MPa；为第j个裂缝单元的半长，m；H裂缝单元高度，m；dij为地层任意一点到裂缝单元的距离，m。
本实施例中，步骤S102可以由干扰模型建立模块执行。
步骤S103，依据缝内流体压力和应力干扰模型求得每个裂缝单元对应的法向位移不连续量，即裂缝宽度。步骤S101中求得缝内流体压力P，进一步地，可由缝内流体压力值可求得各裂缝单元的净压力，结合应力干扰模型，可以得到每个裂缝单元对应的法向位移不连续量。
步骤S104，依据应力干扰模型和簇间流量动态分配模型，建立多簇压裂裂缝动态延伸模型。
具体的，建立每条裂缝均满足第一物质平衡方程和第二物质平衡方程，分别为
Figure BDA0001237366880000181
Figure BDA0001237366880000182
迭代求解，Qi,j+1＝(1-α1)Qi,j+α1Qi,j+1/2
q(i)k,j+1＝(1-α2)q(i)k,j+α2q(i)k,j+1/2
当两个迭代计算步的流量足够接近时，即两个迭代计算步的流量之差在预设范围内时，则结束迭代：
Figure BDA0001237366880000191
其中：Qi,j+1为第i条裂缝第j+1个迭代步的缝口流量，m3/s；q(i)k,j+1为第i条裂缝内第k个节点第j+1个迭代步的流量，m3/s；α1和α2为迭代因子，本发明实施例取α1＝α2＝0.1；TOL为迭代收敛容差，Nki为第i条裂缝离散的流量计算点数。
本实施例中，所述步骤S104可以由裂缝延伸模型建立模块203执行。
步骤S105，依据裂缝宽度求解时间步长，依据时间步长求解每条裂缝缝口流量Qi,j+1/2和Qi,j+1。
具体的，将利用所述簇间流量动态分配模型和应力干扰模型解得的裂缝宽度的值代入上述第一物质平衡方程
Figure BDA0001237366880000192
中，可得到时间步长ΔT，将时间步长ΔT代入第二物质平衡方程中，可以求解每条裂缝缝口流量Qi,j+1/2。利用裂缝延伸模型建立模块203的Qi,j+1/2与Qi,j+1的关系式可以求得Qi,j+1。
步骤S106，Qi,j+1是否满足第一迭代收容差计算式？
将Qi,j+1代入第一迭代收容差计算式
Figure BDA0001237366880000193
判断是否满足，若不满足，则结束，并换其他的施工参数从步骤S101重新计算；若满足，则可根据簇间流量动态分配模型的压裂液在水力裂缝中流动的压降计算公式计算每条裂缝各节点处的流量q(i)k,j+1/2，并进行步骤S107。
步骤S107，第二迭代收容差计算式是否成立？
依据步骤S106的计算结果q(i)k,j+1/2结合公式q(i)k,j+1＝(1-α2)q(i)k,j+α2q(i)k,j+1/2判断第二迭代收容差计算式
Figure BDA0001237366880000201
是否满足？若不满足，则结束，并换其他的施工参数从步骤S101重新计算；若满足，则结束迭代计算，并进行步骤S108。
步骤S108，依据切向和法向位移不连续量求解每条裂缝尖端应力强度因子KI和KII。
具体的，建立多裂缝同时扩展步长模型
Figure BDA0001237366880000202
将切向和法向位移不连续量Ds和Dn代入，得到裂缝尖端应力强度因子KI和KII。
步骤S109，判断裂缝是否扩展？
将步骤S108得到的裂缝尖端应力强度因子KI和KII代入裂缝尖端能量释放率方程
Figure BDA0001237366880000203
并结合裂缝是否扩展判断方程判断裂缝是否扩展，若裂缝尖端的能量释放率小于地层岩石临界能量释放率，则不扩展；若裂缝尖端的能量释放率大于或等于地层岩石临界能量释放率，则进行步骤S110。
步骤S110，计算出裂缝扩展步长和方向，对比裂缝的延伸轨迹和缝宽，找出最优施工参数。
若此裂缝扩展，依据步骤S109的扩展判断方程求得扩展步长。依据裂缝扩展方向
Figure BDA0001237366880000212
计算出扩展方向，如此，便可不同施工参数得到的裂缝的延伸轨迹及缝宽作对比，便可选取最优施工参数。
本实施例中，步骤S105至S110可以由最优参数求解模块204执行。
综上所述，本发明实施例的水平井分段多簇射孔压裂优化方法及装置，通过综合应用位移不连续法、流体力学、断裂力学等多学科知识，建立了考虑簇间应力干扰和簇间流量动态分配的水平井分段多簇压裂裂缝动态延伸模型，利用多簇压裂裂缝动态延伸模型可以选择符合条件的施工参数，再利用多裂缝同时扩展步长模型计算出扩展步长和角度，选取最优施工参数。可解决现有技术施工时，认为每簇裂缝都能够有效延伸的缺陷，还能够对簇间距、射孔方式等参数进行择优选择，能够尽可能实现每个射孔簇裂缝都能有效延伸，从而减小油气运移距离，增大产量。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种水平井分段多簇射孔压裂优化方法，其特征在于，包括：
建立簇间流量动态分配模型，并计算缝内流体压力；
建立应力干扰模型；
依据应力干扰模型和簇间流量动态分配模型，建立多簇压裂裂缝动态延伸模型；
建立多裂缝同时扩展步长模型，将满足所述多簇压裂裂缝动态延伸模型的施工参数，代入所述多裂缝同时扩展步长模型中，得到最优施工参数；
所述簇间流量动态分配模型包括：
压裂液在井筒中流动的摩阻计算公式
Figure FDA0001976997020000011
压裂液在射孔孔眼中流动的摩阻计算公式
Figure FDA0001976997020000012
压裂液在水力裂缝中流动的压降计算公式
Figure FDA0001976997020000013
压裂液在水力裂缝中流动的连续性方程
Figure FDA0001976997020000014
依据基尔霍夫定理，压裂液在井筒根部的压力为
pw＝pfw,i+ppf,i+pf,i
压裂液的总排量等于流入每条水力裂缝的流量之和，为
Figure FDA0001976997020000021
其中，p为缝内流体压力，q为压裂液在裂缝单元的流量，K为压裂液的稠度系数，n为压裂液的流态指数，h为裂缝高度，w为裂缝宽度，t为施工时间，ct为压裂液综合滤失系数，τ(s)为t时刻压裂液到达s处所需时间，QT(t)为t时刻压裂液总排量，Qi(t)为t时刻进入第i条半翼裂缝的流量，N为裂缝簇数，N大于或等于1，pw为井筒根部流体压力，pfw,i为第i条半翼裂缝的缝口压力，ppf,i为第i条半翼裂缝处的射孔孔眼摩阻，pf,i为井筒根部到第i条半翼裂缝的井筒摩阻，np为射孔孔眼数目，d为射孔孔眼直径，C为孔眼流量系数，ρ为压裂液混合密度；
所述建立应力干扰模型包括：
水力裂缝在地层中任意一点产生的诱导应力为
Figure FDA0001976997020000022
其中，
Figure FDA0001976997020000031
Figure FDA0001976997020000032
Figure FDA0001976997020000033
Figure FDA0001976997020000034
式中，为裂缝单元切向位移不连续量，
Figure FDA0001976997020000036
为裂缝单元法向位移不连续量，
Figure FDA0001976997020000037
为单元j局部坐标系轴到全局坐标系x轴的转角，逆时针方向为正，反之为负，(xj,yj)为裂隙单元j中心在全局坐标系下的坐标位置，ν为地层岩石泊松比，μ为地层剪切模量，
Figure FDA0001976997020000039
为第j个裂缝单元的半长，H裂缝单元高度，dij为地层任意一点到裂缝单元的距离；
所述多裂缝同时扩展步长模型包括：
裂缝尖端应力强度因子方程为
Figure FDA0001976997020000041
裂缝尖端能量释放率为
Figure FDA0001976997020000042
裂缝是否扩展判断方程为
Figure FDA0001976997020000043
裂缝扩展方向为
Figure FDA0001976997020000044
其中，Ds为每条裂缝裂尖单元的切向位移不连续量，Ds等于
Figure FDA0001976997020000045
Dn为每条裂缝裂尖单元的法向位移不连续量，Dn等于
Figure FDA0001976997020000046
KI为I型应力强度因子，KII为II型应力强度因子，dai为第i个裂缝尖端的扩展步长，damax为最大裂缝扩展步长，Gi为第i个裂缝尖端的能量释放率，Gc为地层岩石临界能量释放率，Gmax为所有裂缝尖端中最大的能量释放率，
Figure FDA0001976997020000048
为经验参数，θ0为裂缝扩展方向。
2.根据权利要求1所述的水平井分段多簇射孔压裂优化方法，其特征在于，所述依据应力干扰模型和簇间流量动态分配模型，建立多簇压裂裂缝动态延伸模型包括：
整个系统需要满足物质平衡方程
每条裂缝都需要满足物质平衡方程
Figure FDA0001976997020000051
迭代求解，Qi,j+1＝(1-α1)Qi,j+α1Qi,j+1/2
q(i)k,j+1＝(1-α2)q(i)k,j+α2q(i)k,j+1/2
当两个迭代计算步的流量之差在预设范围内时，则结束迭代：
Figure FDA0001976997020000052
其中：Qi,j+1为第i条裂缝第j+1个迭代步的缝口流量，q(i)k,j+1为第i条裂缝内第k个节点第j+1个迭代步的流量，α1和α2为迭代因子，TOL为迭代收敛容差，Nki为第i条裂缝离散的流量计算点数。
3.一种水平井分段多簇射孔压裂优化装置，其特征在于，所述装置包括：
流量分配模型建立模块，用于建立簇间流量动态分配模型，并计算缝内流体压力；
应力干扰模型建立模块，用于建立应力干扰模型；
裂缝延伸模型建立模块，用于依据应力干扰模型和簇间流量动态分配模型，建立多簇压裂裂缝动态延伸模型；
最优参数求解模块，用于建立多裂缝同时扩展步长模型，将满足所述多簇压裂裂缝动态延伸模型的施工参数，代入所述多裂缝同时扩展步长模型中，得到最优施工参数；
所述簇间流量动态分配模型包括：
压裂液在井筒中流动的摩阻计算公式
压裂液在射孔孔眼中流动的摩阻计算公式
Figure FDA0001976997020000062
压裂液在水力裂缝中流动的压降计算公式
Figure FDA0001976997020000063
压裂液在水力裂缝中流动的连续性方程
Figure FDA0001976997020000064
依据基尔霍夫定理，压裂液在井筒根部的压力为
pw＝pfw,i+ppf,i+pf,i
压裂液的总排量等于流入每条水力裂缝的流量之和，为
其中，p为缝内流体压力，q为压裂液在裂缝单元的流量，K为压裂液的稠度系数，n为压裂液的流态指数，h为裂缝高度，w为裂缝宽度，t为施工时间，ct为压裂液综合滤失系数，τ(s)为t时刻压裂液到达s处所需时间，QT(t)为t时刻压裂液总排量，Qi(t)为t时刻进入第i条半翼裂缝的流量，N为裂缝簇数，N大于或等于1，pw为井筒根部流体压力，pfw,i为第i条半翼裂缝的缝口压力，ppf,i为第i条半翼裂缝处的射孔孔眼摩阻，pf,i为井筒根部到第i条半翼裂缝的井筒摩阻，np为射孔孔眼数目，d为射孔孔眼直径，C为孔眼流量系数，ρ为压裂液混合密度；
所述应力干扰模型建立模块包括：
水力裂缝在地层中任意一点产生的诱导应力为
Figure FDA0001976997020000071
其中，
Figure FDA0001976997020000081
Figure FDA0001976997020000082
Figure FDA0001976997020000084
式中，
Figure FDA0001976997020000085
为裂缝单元切向位移不连续量，
Figure FDA0001976997020000086
为裂缝单元法向位移不连续量，
Figure FDA0001976997020000087
为单元j局部坐标系
Figure FDA0001976997020000088
轴到全局坐标系x轴的转角，逆时针方向为正，反之为负，(xj,yj)为裂隙单元j中心在全局坐标系下的坐标位置，ν为地层岩石泊松比，μ为地层剪切模量，
Figure FDA0001976997020000089
为第j个裂缝单元的半长，H裂缝单元高度，dij为地层任意一点到裂缝单元的距离；
所述多裂缝同时扩展步长模型包括：
裂缝尖端应力强度因子方程，为
Figure FDA0001976997020000091
裂缝尖端能量释放率为
Figure FDA0001976997020000092
裂缝是否扩展判断方程为
Figure FDA0001976997020000093
裂缝扩展方向为
Figure FDA0001976997020000094
其中，Ds为每条裂缝裂尖单元的切向位移不连续量，Ds等于
Figure FDA0001976997020000095
Dn为每条裂缝裂尖单元的法向位移不连续量，Dn等于KI为I型应力强度因子，KII为II型应力强度因子，dai为第i个裂缝尖端的扩展步长，damax为最大裂缝扩展步长，Gi为第i个裂缝尖端的能量释放率，Gc为地层岩石临界能量释放率，Gmax为所有裂缝尖端中最大的能量释放率，为经验参数，θ0为裂缝扩展方向。
4.根据权利要求3所述的水平井分段多簇射孔压裂优化装置，其特征在于，所述裂缝延伸模型建立模块包括：
整个系统需要满足物质平衡方程
Figure FDA0001976997020000097
每条裂缝都需要满足物质平衡方程
Figure FDA0001976997020000101
迭代求解，Qi,j+1＝(1-α1)Qi,j+α1Qi,j+1/2
q(i)k,j+1＝(1-α2)q(i)k,j+α2q(i)k,j+1/2
当两个迭代计算步的流量之差在预设范围内时，则结束迭代：
Figure FDA0001976997020000102
其中：Qi,j+1为第i条裂缝第j+1个迭代步的缝口流量，q(i)k,j+1为第i条裂缝内第k个节点第j+1个迭代步的流量，α1和α2为迭代因子，TOL为迭代收敛容差，Nki为第i条裂缝离散的流量计算点数。
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