CN110516407B - 一种裂缝性储层水平井段内多簇压裂裂缝复杂度计算方法 - Google Patents

一种裂缝性储层水平井段内多簇压裂裂缝复杂度计算方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种裂缝性储层水平井段内多簇压裂裂缝复杂度计算方法，包括以下步骤：获取地质参数、完井参数和压裂施工参数；建立水力裂缝中压裂液流动模型；通过二维位移不连续方法建立压裂过程中的应力场模型；基于水力裂缝与天然裂缝相互作用准则建立裂缝性储层裂缝扩展模型；基于地质参数、完井参数和压裂施工参数计算裂缝性储层水平井段内多簇压裂裂缝的几何参数；基于分形理论和计盒维数方法建立裂缝复杂度计算模型；基于裂缝的几何参数计算裂缝复杂度。本发明基于二维位移不连续方法，引入了天然裂缝模型和水力裂缝与天然裂缝相互作用准则，能准确计算裂缝性储层水力压裂裂缝的几何形态，并通过分形维数来表征压裂后形成裂缝的复杂度。

Description

一种裂缝性储层水平井段内多簇压裂裂缝复杂度计算方法
技术领域
本发明涉及一种裂缝性储层水平井段内多簇压裂裂缝复杂度计算方法，属于石油工程技术领域。
背景技术
21世纪，中国正处于经济高速发展、科技快速进步、人民生活水平不断提高的新时代，国内对能源的需求量日益增加，常规油气资源已经不能满足国内经济发展的需求，为满足国内油气资源的需求和保障国家能源安全，加快对低渗、致密等非常规油气资源的开发成为当下石油工业的重点。资源勘探开发数据表明，中国的致密油气、页岩油气等非常规油气资源总量多，分布广，具有很大的开发潜力。然而，使用常规的油气开采工艺不能对非常有油气资源实现有效、合理的开采，并且会对储层造成伤害，降低非常规油气资源的开采程度。水力压裂作为储层增产改造常用的开发工艺，与水平井钻井技术相结合，极大地促进了非常规油气资源的开发，得到了国内外石油行业的关注，并在不断的实践应用中不断发展成熟，逐渐成为非常规油气开采的不可缺少的开发工艺。对于页岩油气资源的开发，小规模的水力压裂不能获得有效的工业产能，需采用大规模的水力压裂技术，才能有效对页岩储层进行改造，其中段内多簇压裂工艺则是实现大规模水力压裂的关键技术，国内外通过段内多簇压裂工艺在对页岩储层的开发中取得了令人满意的结果。页岩储层是一种裂缝性储层，非均质性程度较高，其中发育有大量的天然裂缝等弱结构面，这些天然裂缝对水力裂缝的扩展延伸具有重要影响。国内外学者对于水平井单段多簇压裂的研究较少，且未考虑裂缝性储层中天然裂缝的影响，对压后形成的水力裂缝复杂度不能进行合理、正确地描述。因此，研究裂缝性储层中水平井单段多簇压裂技术以及压后裂缝复杂度评价具有重大意义。
发明内容
本发明主要是克服了现有技术中未考虑天然裂缝影响的不足之处，提出一种裂缝性储层水平井段内多簇压裂裂缝复杂度计算方法，利用分形维数表征压后裂缝的复杂度，填补了裂缝复杂度计算这空白。
本发明解决上述技术问题所提供的技术方案是：一种裂缝性储层水平井段内多簇压裂裂缝复杂度计算方法，包括以下步骤：
步骤S10、获取地质参数、完井参数和压裂施工参数；
步骤S20、建立水力裂缝中压裂液流动场模型；
步骤S30、通过二维位移不连续方法建立压裂过程中的储层应力场模型；
步骤S40、基于水力裂缝与天然裂缝相互作用准则建立裂缝性储层裂缝扩展模型；
步骤S50、基于地质参数、完井参数和压裂施工参数求解裂缝性储层裂缝扩展模型得到裂缝性储层水平井段内多簇压裂裂缝的几何参数；
步骤S60、基于分形理论和计盒维数方法建立裂缝复杂度计算模型；
步骤S70、基于裂缝的几何参数、裂缝复杂度计算模型，通过线性拟合的方法计算裂缝复杂度。
进一步的技术方案是，所述步骤S20中水力裂缝中压裂液流动场模型：
Figure GDA0002226048700000021
Figure GDA0002226048700000022
Figure GDA0002226048700000023
式中：q是水力裂缝中压裂液流量；ql表示压裂液滤失流量；H表示储层厚度；w表示水力裂缝的宽度；p表示水力裂缝中的流体摩阻；n表示流体幂律指数；k表示流体粘度指数；Cleak表示压裂液滤失系数；t表示当前压裂时间；τ表示裂缝开启时间。s表示的含义
进一步的技术方案是，所述步骤S30中储层应力场模型为：
Figure GDA0002226048700000031
Figure GDA0002226048700000032
式中：
Figure GDA0002226048700000033
表示由裂缝单元j处的位移不连续量在裂缝单元i处引起的沿单元切向的剪切应力；
Figure GDA0002226048700000034
表示由裂缝单元j处的位移不连续量在裂缝单元i处引起的沿单元法向的正应力；N表示裂缝单元总个数；A表示边界应变影响系数矩阵；
Figure GDA0002226048700000035
表示裂缝单元j处的切向位移不连续量；
Figure GDA0002226048700000036
表示裂缝单元j处的法向位移不连续量。
进一步的技术方案是，所述步骤S40中裂缝性储层裂缝扩展模型为：
Figure GDA0002226048700000037
Figure GDA0002226048700000038
pint＞σh+T
|τr|＞τ0-Kf(σθ+pint)
式中：σH为表示水平最大主应力；σh表示水平最小主应力；KI表示张型应力强度因子；KII表示剪切型应力强度因子；θ表示逼近角；r表示裂缝尖端的的极坐标半径；σx、σy、τxy表示笛卡尔坐标系下天然裂缝壁面的应力场；σr、σθ、τrθ表示极坐标系下天然裂缝壁面的应力场；pint表示水力裂缝与天然裂缝相交处的流体压力；T表示岩石的抗拉强度；τ0表示天然裂缝的固有剪切强度；Kf表示天然裂缝壁面的摩擦系数。
进一步的技术方案是，所述步骤S60中裂缝复杂度计算模型为：
lnN(r)＝-Dln(r)+ln(C)
式中：r表示网格边长；N(r)表示包含裂缝单元的网格数目；C表示待定系数；D表示分形维数。
本发明的有益效果：本发明基于二维位移不连续方法，引入了基于水力裂缝与天然裂缝相互作用准则建立的裂缝性储层裂缝扩展模型，提出了考虑流-固耦合的水平井段内多簇压裂裂缝延伸模型，提高了裂缝参数的准确性，使结果更加符合工程实际，并使用分形理论和计盒维数方法计算裂缝分形维数来表征压后裂缝的复杂度，能更加准确地裂缝的复杂性。
附图说明
图1：本发明计算模型求解流程框图；
图2：水力裂缝内压裂液流动示意图；
图3：水力裂缝与天然裂缝相互作用示意图；
图4：线性拟合求解分形维数示意图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明做更进一步的说明。
本发明的一种裂缝性储层水平井段内多簇压裂裂缝复杂度计算方法，能模拟水力裂缝的二维扩展延伸，并能准确、快速计算出裂缝的几何参数及复杂度，主要包括以下步骤：
步骤S10、获取地质参数、完井参数和压裂施工参数；
其中所述地质参数包括储层厚度、水平最大主应力、水平最小主应力、杨氏模量、泊松比、岩石抗拉强度以及天然裂缝的平均长度、方位角、密度、固有剪切强度和壁面摩擦系数；
所述完井参数包括射孔簇数、射孔个数和射孔直径；
所述压裂施工参数包括压裂液种类、施工排量；
步骤S20、建立水力裂缝中压裂液流动场模型；
其中压裂液在水力裂缝中的流动示意图如图2所示，压裂液在力裂缝中压裂液流动场模型为：
Figure GDA0002226048700000051
Figure GDA0002226048700000052
Figure GDA0002226048700000053
式中：q是水力裂缝中压裂液流量；ql表示压裂液滤失流量；H表示储层厚度；w表示水力裂缝的宽度；p表示水力裂缝中的流体摩阻；n表示流体幂律指数；k表示流体粘度指数；Cleak表示压裂液滤失系数；t表示当前压裂时间；τ表示裂缝开启时间；
步骤S30、通过二维位移不连续方法建立压裂过程中的储层应力场模型；
其中储层应力场模型为:
Figure GDA0002226048700000054
Figure GDA0002226048700000055
式中：
Figure GDA0002226048700000061
表示由裂缝单元j处的位移不连续量在裂缝单元i处引起的沿单元切向的剪切应力；
Figure GDA0002226048700000062
表示由裂缝单元j处的位移不连续量在裂缝单元i处引起的沿单元法向的正应力；N表示裂缝单元总个数；A表示边界应变影响系数矩阵；
Figure GDA0002226048700000063
表示裂缝单元j处的切向位移不连续量；
Figure GDA0002226048700000064
表示裂缝单元j处的法向位移不连续量；
步骤S40、基于水力裂缝与天然裂缝相互作用准则建立裂缝性储层裂缝扩展模型；
其中水力裂缝与天然裂缝相交作用示意图如图3所示，裂缝性储层裂缝扩展模型为：
Figure GDA0002226048700000065
Figure GDA0002226048700000066
pint＞σh+T
|τr|＞τ0-Kf(σθ+pint)
式中：σH为表示水平最大主应力；σh表示水平最小主应力；KI表示张型应力强度因子；KII表示剪切型应力强度因子；θ表示逼近角；r表示裂缝尖端的的极坐标半径；σx、σy、τxy表示笛卡尔坐标系下天然裂缝壁面的应力场；σr、σθ、τrθ表示极坐标系下天然裂缝壁面的应力场；pint表示水力裂缝与天然裂缝相交处的流体压力；T表示岩石的抗拉强度；τ0表示天然裂缝的固有剪切强度；Kf表示天然裂缝壁面的摩擦系数；
步骤S50、基于地质参数、完井参数和压裂施工参数求解裂缝性储层裂缝扩展模型得到裂缝性储层水平井段内多簇压裂裂缝的几何参数；
步骤S60、基于分形理论和计盒维数方法建立裂缝复杂度计算模型；
其中裂缝复杂度计算模型为：
lnN(r)＝-Dln(r)+ln(C)
式中：r表示网格边长；N(r)表示包含裂缝单元的网格数目；C表示待定系数；D表示分形维数
步骤S70、基于裂缝的几何参数、裂缝复杂度计算模型，计算裂缝复杂度；如图4所示，具体的是通过线性拟合的方法，求得裂缝分形维数。
本发明的求解过程如图1所示。
综上所述，通过实施例对本发明进行了进一步的说明，但并未对本发明作任何形式上的限制，任何熟悉本专业领域的技术人员或研究人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用本发明的技术内容做出变动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (3)

1.一种裂缝性储层水平井段内多簇压裂裂缝复杂度计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S10、获取地质参数、完井参数和压裂施工参数；
步骤S20、建立水力裂缝中压裂液流动场模型；
Figure FDA0003354237150000011
Figure FDA0003354237150000012
Figure FDA0003354237150000013
式中：q是水力裂缝中压裂液流量；ql表示压裂液滤失流量；H表示储层厚度；w表示水力裂缝的宽度；p表示水力裂缝中的流体摩阻；n表示流体幂律指数；k表示流体粘度指数；Cleak表示压裂液滤失系数；t表示当前压裂时间；τ表示裂缝开启时间；
步骤S30、通过二维位移不连续方法建立压裂过程中的储层应力场模型；
步骤S40、基于水力裂缝与天然裂缝相互作用准则建立裂缝性储层裂缝扩展模型；
Figure FDA0003354237150000014
Figure FDA0003354237150000015
pint＞σh+T
|τr|＞τ0-Kf(σθ+pint)
式中：σH为表示水平最大主应力；σh表示水平最小主应力；KI表示张型应力强度因子；θ表示逼近角；r表示裂缝尖端的极坐标半径；σx、σy、τxy表示笛卡尔坐标系下天然裂缝壁面的应力场；σr、σθ、τrθ表示极坐标系下天然裂缝壁面的应力场；pint表示水力裂缝与天然裂缝相交处的流体压力；T表示岩石的抗拉强度；τ0表示天然裂缝的固有剪切强度；Kf表示天然裂缝壁面的摩擦系数；
步骤S50、基于地质参数、完井参数和压裂施工参数求解裂缝性储层裂缝扩展模型得到裂缝性储层水平井段内多簇压裂裂缝的几何参数；
步骤S60、基于分形理论和计盒维数方法建立裂缝复杂度计算模型；
步骤S70、基于裂缝的几何参数、裂缝复杂度计算模型，通过线性拟合的方法计算裂缝复杂度。
2.根据权利要求1中所描述的一种裂缝性储层水平井段内多簇压裂裂缝复杂度计算方法，其特征在于，所述步骤S30中储层应力场模型为：
Figure FDA0003354237150000021
Figure FDA0003354237150000022
式中：
Figure FDA0003354237150000023
表示由裂缝单元j处的位移不连续量在裂缝单元i处引起的沿单元切向的剪切应力；
Figure FDA0003354237150000024
表示由裂缝单元j处的位移不连续量在裂缝单元i处引起的沿单元法向的正应力；N表示裂缝单元总个数；A表示边界应变影响系数矩阵；
Figure FDA0003354237150000025
表示裂缝单元j处的切向位移不连续量；
Figure FDA0003354237150000026
表示裂缝单元j处的法向位移不连续量。
3.根据权利要求1中所描述的一种裂缝性储层水平井段内多簇压裂裂缝复杂度计算方法，其特征在于，所述步骤S60中裂缝复杂度计算模型为：
lnN(r)＝-Dln(r)+ln(C)
式中：r表示网格边长；N(r)表示包含裂缝单元的网格数目；C表示待定系数；D表示分形维数。
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