CN110500090A - 立体式体积压裂模拟方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种立体式体积压裂模拟方法及装置，该方法包括如下步骤：获取地层实际压裂数据。根据地层实际压裂数据采用3D打印技术制作模拟试件，模拟试件包括穿设于模拟试件中的带有射孔的井网。向井网内注入压裂液，采用三维光弹性法监视模拟试件内部的应力状态，直至模拟试件内的压裂液流至模拟试件边界，停止向井网内注入压裂液。本发明可以通过对无色透明模拟试件中井网中的井进行同时压裂，利用三维光弹性法对试件内部的应力状态进行全过程实时监测，既能够实现直观地看到立体式体积压裂过程中人工裂缝的起裂和扩展，又能够直接测量立体式体积压裂过程中试件内部任一点的应力信息，为研究立体式体积压裂人工裂缝扩展规律提供依据。
Description
技术领域
本申请属于石油工程水力压裂领域，特别是立体式体积压裂模拟方法及装置。
背景技术
我国非常规油气资源丰富，开发潜力大，大力开发利用非常规油气资源是我国能源领域的一项重要的战略决策。由于非常规油气资源勘探开发难度大，需要采用特殊的工程工艺技术进行开采。目前，水力压裂技术是开发非常规油气资源的一个有效措施。但常规水力压裂技术普遍针对单口井进行一段或者多段压裂，很难在储层空间内形成复杂体积裂缝，储层改造效果不理想。
进而，提出一种立体式体积压裂技术来进行储层的改造。立体式体积压裂技术是指在油气储层内按一定空间分布规律钻取多个水平井，然后在每个水平井中都进行多段射孔，接着对储层中的水平井网同时进行压裂，由此可在储层空间内形成复杂体积裂缝，储层改造效果较好。
但目前为止，研究立体式体积压裂的室内物理模拟方法还比较少，常见的有声发射监测、光纤监测等等。声发射监测技术的原理主要是基于试件内部发生破裂产生的声发射信号来研究试件内部人工裂缝的扩展，对于不发生破裂的区域无法进行研究；光纤监测技术的原理主要是通过测量试件内部前后反射光波长的变化来获得相应的温度和应变信息，如果想得到试件内部每一个点的应力信息，需要将试件内部每一个点都布上光纤，显然在实际试验中不可能实现。现有技术手段的缺陷在一定程度上限制了科研人员对立体式体积压裂进行深入地研究。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种立体式体积压裂模拟方法及装置，其可以直观地看到立体式体积压裂过程中人工裂缝的起裂和扩展，又能够直接测量立体式体积压裂过程中试件内部任一点的应力信息。
本发明的具体技术方案是：
本发明提供一种立体式体积压裂模拟方法，该方法包括如下步骤：
获取地层实际压裂数据；
根据地层实际压裂数据采用3D打印技术制作模拟试件，所述模拟试件包括穿设于所述模拟试件中的带有射孔的井网；
向所述井网内注入压裂液，采用三维光弹性法监视所述模拟试件内部的应力状态，直至所述模拟试件内的压裂液流至所述模拟试件边界，停止向所述井网内注入压裂液。
在一个优选的实施方式中，所述地层实际压裂数据包括：地层各向异性特征、空间井网在地层中的布置方式、以及井网的射孔位置。
在一个优选的实施方式中，所述模拟试件为具有暂时双折射特性的透明试件。
在一个优选的实施方式中，所述压裂液无色透明。
在一个优选的实施方式中，所述井网包括多组排布在模拟试件中的井，所述井的一端能注入压裂液，另一端封堵。
另外，本申请还提供一种立体式体积压裂模拟装置，该模拟装置包括：
获取模块，被配置为获取地层实际压裂数据；
制作模块，被配置为根据地层实际压裂数据采用3D打印技术制作模拟试件，所述模拟试件包括穿设于所述模拟试件中的带有射孔的井网；
注入模块，被配置为向所述井网内注入压裂液，采用三维光弹性法监视所述模拟试件内部的应力状态，直至所述模拟试件内的压裂液流至所述模拟试件边界，停止向所述井网内注入压裂液。
在一个优选的实施方式中，所述地层实际压裂数据包括：地层各向异性特征、空间井网在地层中的布置方式、以及井网的射孔位置。
在一个优选的实施方式中，所述模拟试件为具有暂时双折射特性的透明试件。
在一个优选的实施方式中，所述压裂液无色透明。
在一个优选的实施方式中，所述井网包括多组排布在模拟试件中的井，所述井的一端能注入压裂液，另一端封堵。
另外，本申请又提供一种立体式体积压裂模拟装置，包括存储器和处理器，存储器中存储计算机程序，所述计算机程序在被所述处理器执行时，实现以下步骤：如上任一项所述的立体式体积压裂模拟方法。
借由以上的技术方案，本申请的有益效果在于：
本发明提供的立体式体积压裂模拟方法及装置，可以通过对无色透明模拟试件中井网中的井进行同时压裂，利用三维光弹性法对试件内部的应力状态进行全过程实时监测，既能够实现直观地看到立体式体积压裂过程中人工裂缝的起裂和扩展，又能够直接测量立体式体积压裂过程中试件内部任一点的应力信息，为研究立体式体积压裂人工裂缝扩展规律提供依据。
参照后文的说明和附图，详细公开了本申请的特定实施方式，指明了本申请的原理可以被采用的方式。应该理解，本申请的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本申请的实施方式包括许多改变、修改和等同。
针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。
应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。
附图说明
在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本申请公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本申请的理解，并不是具体限定本申请各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本申请的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本申请。在附图中：
图1为本申请实施方式的立体式体积压裂模拟方法流程图；
图2为本申请实施方式的立体式体积压裂模拟装置模块图；
图3为本申请实施方式的立体式体积压裂模拟试件结构示意图。
以上附图的附图标记：1、模拟试件；2、井网；3、射孔
具体实施方式
下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。
需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
如图1所示，本发明提供一种立体式体积压裂模拟方法，该方法包括如下步骤：
S1：获取地层实际压裂数据。
S2：根据地层实际压裂数据采用3D打印技术制作模拟试件1，所述模拟试件1包括穿设于所述模拟试件1中的带有射孔3的井网2。
S3：向所述井网2内注入压裂液，采用三维光弹性法监视所述模拟试件1内部的应力状态，直至所述模拟试件1内的压裂液流至所述模拟试件1边界，停止向所述井网2内注入压裂液。
在本实施方式中，首先可以获取地层实际压裂数据。该地层实际压裂数据通常包括地层各向异性特征、空间井网2在地层中的布置方式、以及井网2的射孔3的位置等。对于地层各向异性，主要指地层岩石强度的各向异性和弹性参数的各向异性。比如，在0-XYZ空间坐标系中，沿X方向岩石强度为10MPa，弹性模量为20GPa，泊松比为0.25；沿Y方向岩石强度为20MPa，弹性模量为10GPa，泊松比为0.20；沿Z方向又会不同于X方向和Y方向。再比如，若地层为层状岩石，那么每一层力学性质也会不同。或者上述两种情况相结合的情况。而对于空间井网2在地层中的布置方式以及井网2的射孔3的位置，可以根据实际地层井网参数进行布置，本申请对此不做任何限制。
然后，可以根据地层实际压裂数据采用3D打印技术制作模拟试件1。该模拟试件1的外形可以为正方体结构或长方体结构亦或是球体均可。该模拟试件1也可以为具有暂时双折射特性的透明试件，以便在模拟试件1内部有应力时出现双折射现象。另外，采用无色透明试件便于光线传播，以进行后续三维光弹性测试。该无色透明试件的材料可选用玻璃、塑料、环氧树脂等。
如图3所示，在该模拟试件1内可以包括带有射孔3的井网2，该带有射孔3的井网2可以根据地层中井网2的结构布置成水平井网或者竖直井网。进而，射孔3的位置也可以根据实际需要进行设置。具体地，所述井网2可以包括多组排布在模拟试件1中的井，所述井的一端能注入压裂液，另一端可以利用封堵件进行封堵，或者直接封堵。
模拟试件1准备完毕后，可以向所述井网2的各个井内同时注入压裂液，能够充分利用人工裂缝之间的应力干扰，便于试件内部产生复杂裂缝。所述压裂液可以为无色透明的，这样能够直观的看到压裂过程中人工裂缝的起裂和扩展。然后可以采用三维光弹性法监视所述模拟试件1内部每一点的应力状态及信息，直至所述模拟试件1内的压裂液流至所述模拟试件1的边界，停止向所述井网2内注入压裂液，结束试验。需要进行说明的是，为保证裂缝充分在井网2之间扩展，井网2距离模拟试件1的边界可以稍远一些。
本申请的立体式体积压裂模拟方法的物理模拟条件与实际地层状况相似，得到的试验结果与实际地层压裂结果更加接近。
基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了一种立体式体积压裂模拟装置，如下面的实施例所述。由于一种立体式体积压裂模拟装置解决问题的原理与一种立体式体积压裂模拟方法相似，因此立体式体积压裂模拟装置的实施可以参见立体式体积压裂模拟方法的实施，重复之处不再赘述。以下所使用的，术语“单元”或者“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。
如图2所示，本申请还提供一种立体式体积压裂模拟装置，该模拟装置，包括：
获取模块101，被配置为获取地层实际压裂数据；
制作模块102，被配置为根据地层实际压裂数据采用3D打印技术制作模拟试件1，所述模拟试件1包括穿设于所述模拟试件1中的带有射孔3的井网2；
注入模块103，被配置为向所述井网2内注入压裂液，采用三维光弹性法监视所述模拟试件1内部的应力状态，直至所述模拟试件1内的压裂液流至所述模拟试件1边界，停止向所述井网2内注入压裂液。
其中，所述地层实际压裂数据包括：地层各向异性特征、空间井网2在地层中的布置方式、以及井网2的射孔3的位置。所述模拟试件1为具有暂时双折射特性的透明试件。所述压裂液无色透明。所述井网2包括多组排布在模拟试件1中的井，所述井的一端能注入压裂液，另一端封堵。
另外，本发明还提供一种立体式体积压裂模拟装置，包括存储器和处理器，存储器中存储计算机程序，所述计算机程序在被所述处理器执行时，实现以上所述的立体式体积压裂模拟方法的步骤。
在本实施方式中，所述存储器可以包括用于存储信息的物理装置，通常是将信息数字化后再以利用电、磁或者光学等方法的媒体加以存储。本实施方式所述的存储器又可以包括：利用电能方式存储信息的装置，如RAM、ROM等；利用磁能方式存储信息的装置，如硬盘、软盘、磁带、磁芯存储器、磁泡存储器、U盘；利用光学方式存储信息的装置，如CD或DVD。当然，还有其他方式的存储器，例如量子存储器、石墨烯存储器等等。
在本实施方式中，所述处理器可以按任何适当的方式实现。例如，所述处理器可以采取例如微处理器或处理器以及存储可由该(微)处理器执行的计算机可读程序代码(例如软件或固件)的计算机可读介质、逻辑门、开关、专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit，ASIC)、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器的形式等等。
本说明书实施方式提供的服务器，其处理器和存储器实现的具体功能，可以与本说明书中的前述实施方式相对照解释。
在另外一个实施方式中，还提供了一种软件，该软件用于执行上述实施例及优选实施方式中描述的技术方案。
在另外一个实施方式中，还提供了一种存储介质，该存储介质中存储有上述软件，该存储介质包括但不限于：光盘、软盘、硬盘、可擦写存储器等。
从以上的描述中可以看出，本发明实施方式实现了如下技术效果：本发明提供的立体式体积压裂模拟方法及装置，可以通过对无色透明模拟试件中井网中的井进行同时压裂，利用三维光弹性法对试件内部的应力状态进行全过程实时监测，既能够实现直观地看到立体式体积压裂过程中人工裂缝的起裂和扩展，又能够直接测量立体式体积压裂过程中试件内部任一点的应力信息，为研究立体式体积压裂人工裂缝扩展规律提供依据。
显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明实施例的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明实施例不限制于任何特定的硬件和软件结合。
本发明披露的所有文章和参考资料，包括专利申请和出版物，出于各种目的通过援引结合于此。描述组合的术语“基本由…构成”应该包括所确定的元件、成分、部件或步骤以及实质上没有影响该组合的基本新颖特征的其他元件、成分、部件或步骤。使用术语“包含”或“包括”来描述这里的元件、成分、部件或步骤的组合也想到了基本由这些元件、成分、部件或步骤构成的实施方式。这里通过使用术语“可以”，旨在说明“可以”包括的所描述的任何属性都是可选的。
多个元件、成分、部件或步骤能够由单个集成元件、成分、部件或步骤来提供。另选地，单个集成元件、成分、部件或步骤可以被分成分离的多个元件、成分、部件或步骤。用来描述元件、成分、部件或步骤的公开“一”或“一个”并不说为了排除其他的元件、成分、部件或步骤。
应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施方式和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照前述权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为申请人没有将该主题考虑为所公开的申请主题的一部分。
Claims (11)
1.一种立体式体积压裂模拟方法，其特征在于，包括如下步骤：
获取地层实际压裂数据；
根据地层实际压裂数据采用3D打印技术制作模拟试件，所述模拟试件包括穿设于所述模拟试件中的带有射孔的井网；
向所述井网内注入压裂液，采用三维光弹性法监视所述模拟试件内部的应力状态，直至所述模拟试件内的压裂液流至所述模拟试件边界，停止向所述井网内注入压裂液。
2.根据权利要求1所述的立体式体积压裂模拟方法，其特征在于，所述地层实际压裂数据包括：地层各向异性特征、空间井网在地层中的布置方式、以及井网的射孔位置。
3.根据权利要求1所述的立体式体积压裂模拟方法，其特征在于，所述模拟试件为具有暂时双折射特性的透明试件。
4.根据权利要求1所述的立体式体积压裂模拟方法，其特征在于，所述压裂液无色透明。
5.根据权利要求1所述的立体式体积压裂模拟方法，其特征在于，所述井网包括多组排布在模拟试件中的井，所述井的一端能注入压裂液，另一端封堵。
6.一种立体式体积压裂模拟装置，其特征在于，包括：
获取模块，被配置为获取地层实际压裂数据；
制作模块，被配置为根据地层实际压裂数据采用3D打印技术制作模拟试件，所述模拟试件包括穿设于所述模拟试件中的带有射孔的井网；
注入模块，被配置为向所述井网内注入压裂液，采用三维光弹性法监视所述模拟试件内部的应力状态，直至所述模拟试件内的压裂液流至所述模拟试件边界，停止向所述井网内注入压裂液。
7.根据权利要求6所述的立体式体积压裂模拟装置，其特征在于，所述地层实际压裂数据包括：地层各向异性特征、空间井网在地层中的布置方式、以及井网的射孔位置。
8.根据权利要求6所述的立体式体积压裂模拟装置，其特征在于，所述模拟试件为具有暂时双折射特性的透明试件。
9.根据权利要求6所述的立体式体积压裂模拟装置，其特征在于，所述压裂液无色透明。
10.根据权利要求6所述的立体式体积压裂模拟装置，其特征在于，所述井网包括多组排布在模拟试件中的井，所述井的一端能注入压裂液，另一端封堵。
11.一种立体式体积压裂模拟装置，其特征在于，包括存储器和处理器，存储器中存储计算机程序，所述计算机程序在被所述处理器执行时，实现以下步骤：如权利要求1至5任一项所述的立体式体积压裂模拟方法。
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