CN115659867A - 多层系立体井网压裂裂缝扩展模拟方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种多层系立体井网压裂裂缝扩展模拟方法。该方法包括：输入模型基本参数，以建立多层系立体井网压裂裂缝扩展模型；在模拟泵注时长内，根据当前时刻的压裂段的各簇裂缝的流量分配，以及上一时刻的压裂段的各簇裂缝的裂缝宽度和对应的缝内流体压力，通过缝内流体流动方程计算当前时刻的压裂段的各簇裂缝的宽度；根据当前时刻的压裂段的各簇裂缝的宽度，判断当前时刻的压裂段的各簇裂缝是否发生扩展；当确定达到模拟泵注时长时，输出裂缝扩展模拟结果。采用本申请的方法，提高了多层系立体井网裂缝模拟的准确性，能够开展多层系立体井网中水平井多段拉链压裂、同步压裂等模式下的裂缝扩展行为模拟与设计参数优化。
Description
技术领域
本申请涉及数值模拟技术，尤其涉及一种多层系立体井网压裂裂缝扩展模拟方法。
背景技术
立体井网开发模式是实现非常规油气储层高效开发和油气资源纵向动用的重要手段，其原理是在同一区块范围内各层系中立体布置多口水平井，集中开展压裂造缝和钻塞生产，有效降低压裂施工和生产维护成本。
为满足水力压裂施工设计与储层有效增产改造，需要开展多层系立体井网改造模式下水力裂缝起裂及扩展研究。由于矿场监测的成本较高且存在不确定性，数值模拟技术已成为裂缝扩展模拟研究的主要方法。
目前，水力压裂裂缝扩展模型主要集中在单井裂缝扩展模拟，无法考虑井间应力干扰作用对多裂缝扩展的影响，难以适用于多层系立体井网压裂模式下的多井多段压裂裂缝扩展模拟。
发明内容
本申请提供一种多层系立体井网压裂裂缝扩展模拟方法，用以解决现有技术中无法开展多层系立体井网下多井多段压裂裂缝扩展模拟。
第一方面，本申请提供一种多层系立体井网压裂裂缝扩展模拟方法，包括：
输入模型基本参数，以建立多层系立体井网压裂裂缝扩展模型，所述多层系立体井网压裂裂缝扩展模型包括流固耦合方程，所述流固耦合方程包括缝内流体流动方程和固体变形方程；
在模拟泵注时长内，根据当前时刻的压裂段的各簇裂缝的流量分配，以及上一时刻的压裂段的各簇裂缝的裂缝宽度和对应的缝内流体压力，通过所述缝内流体流动方程计算当前时刻的压裂段的各簇裂缝的宽度；所述上一时刻的压裂段的各簇裂缝的缝内流体压力，是基于上一时刻的压裂段和先压裂段的各簇裂缝的宽度和所述固体变形方程计算获得的；
根据当前时刻的压裂段的各簇裂缝的宽度，判断当前时刻的压裂段的各簇裂缝是否发生扩展；
当确定达到所述模拟泵注时长时，确定通过所述多层系立体井网压裂裂缝扩展模型已完成对裂缝扩展的模拟，输出裂缝扩展模拟结果。
第二方面，本申请提供一种多层系立体井网压裂裂缝扩展模拟装置，所述装置包括：
参数输入模块，用于输入模型基本参数，以建立多层系立体井网压裂裂缝扩展模型，所述多层系立体井网压裂裂缝扩展模型包括流固耦合方程，所述流固耦合方程包括缝内流体流动方程和固体变形方程；
裂缝宽度获取模块，用于在模拟泵注时长内，根据当前时刻的压裂段的各簇裂缝的流量分配，以及上一时刻的压裂段的各簇裂缝的裂缝宽度和对应的缝内流体压力，通过所述缝内流体流动方程计算当前时刻的压裂段的各簇裂缝的宽度；所述上一时刻的压裂段的各簇裂缝的缝内流体压力，是基于上一时刻的压裂段和先压裂段的各簇裂缝的宽度和所述固体变形方程计算获得的；
裂缝扩展判断模块，用于根据当前时刻的压裂段的各簇裂缝的宽度，判断当前时刻的压裂段的各簇裂缝是否发生扩展；
模拟完成模块，用于当确定达到所述模拟泵注时长时，确定通过所述多层系立体井网压裂裂缝扩展模型已完成对裂缝扩展的模拟，输出裂缝扩展模拟结果。
第三方面，本申请提供一种电子设备，包括：处理器，以及与所述处理器通信连接的存储器；
所述存储器存储计算机执行指令；
所述处理器执行所述存储器存储的计算机执行指令，以实现如第一方面所述的方法。
第四方面，本申请提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机执行指令，所述计算机执行指令被处理器执行时用于实现如第一方面所述的方法。
第五方面，本申请提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如第一方面所述的方法。
本申请提供的多层系立体井网压裂裂缝扩展模拟方法，通过输入模型基本参数，以建立多层系立体井网压裂裂缝扩展模型，所述多层系立体井网压裂裂缝扩展模型包括流固耦合方程，所述流固耦合方程包括缝内流体流动方程和固体变形方程；在模拟泵注时长内，根据当前时刻的压裂段的各簇裂缝的流量分配，以及上一时刻的压裂段的各簇裂缝的裂缝宽度和对应的缝内流体压力，通过所述缝内流体流动方程计算当前时刻的压裂段的各簇裂缝的宽度；所述上一时刻的压裂段的各簇裂缝的缝内流体压力，是基于上一时刻的压裂段和先压裂段的各簇裂缝的宽度和所述固体变形方程计算获得的；根据当前时刻的压裂段的各簇裂缝的宽度，判断当前时刻的压裂段的各簇裂缝是否发生扩展；当确定达到所述模拟泵注时长时，确定通过所述多层系立体井网压裂裂缝扩展模型已完成对裂缝扩展的模拟，输出裂缝扩展模拟结果。由于在对多层系立体井网进行裂缝扩展模拟过程中，确定当前时刻的压裂段的各簇裂缝的宽度时，是基于上一时刻的压裂段的各簇裂缝的缝内流体压力确定的。而上一时刻的压裂段的各簇裂缝的缝内流体压力是基于上一时刻的压裂段和先压裂段的各簇裂缝的宽度和固体变形方程获得的，即考虑了井间应力干扰作用对多裂缝扩展的影响，因此适用于多层系立体井网模式下的多井多段压裂裂缝扩展模拟，可以提高多层系立体井网裂缝模拟的准确性，能够开展多层系立体井网中水平井多段拉链压裂、同步压裂等模式下的裂缝扩展行为模拟与设计参数优化。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
图1为实现本申请实施例的多层系立体井网压裂裂缝扩展模拟方法的一种应用场景图；
图2为本申请一实施例的实现多层系立体井网压裂裂缝扩展模拟方法的流程示意图；
图3为本申请一实施例的多层系立体井网的示意图；
图4为本申请一实施例的多层系立体井网压裂裂缝扩展模型的其中一个裂缝面的示意图；
图5为本申请一实施例的一套开发层系中多层系立体井网布置两口井同步压裂时的多裂缝扩展形态示意图；
图6为本申请一实施例的两套层系中三口井拉链压裂作业模式下的多裂缝扩展形态图；
图7为本申请实现多层系立体井网压裂裂缝扩展模拟方法的结构示意图；
图8为用来实现多层系立体井网压裂裂缝扩展模拟方法中的电子设备的结构示意图。
通过上述附图，已示出本申请明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本申请构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本申请的概念。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。
首先对本申请所涉及的名词进行解释：
多层系立体井网：是指在同一区块范围内密集铺置多口水平井。
为了清楚理解本申请的技术方案，首先对现有技术的方案进行详细介绍。
为满足水力压裂施工设计与储层有效增产改造，需要开展多层系立体井网水力裂缝起裂及扩展研究。由于矿场监测的成本较高且存在不确定性，数值模拟技术已成为裂缝扩展模拟研究的主要方法。目前，水力压裂裂缝扩展模型主要集中在单井多条裂缝扩展模拟，无法考虑井间应力干扰作用对多裂缝扩展的影响，难以适用于多层系立体井网模式下的多井多段压裂裂缝扩展模拟。为促进井工厂压裂施工高效开发，研究多层系立体井网下多裂缝扩展规律具有重要的现实意义。
所以在面对现有技术问题时，发明人通过创造性的研究后发现，根据多层系立体井网的压裂施工作业模式，建立了多层系立体井网压裂裂缝扩展模型。整个裂缝扩展模拟过程是：输入模型基本参数，以建立多层系立体井网压裂裂缝扩展模型；在模拟泵注时长内，根据当前时刻的压裂段的各簇裂缝的各簇裂缝的流量分配，以及上一时刻的压裂段的各簇裂缝的裂缝宽度和对应的缝内流体压力，通过缝内流体流动方程计算当前时刻的压裂段的各簇裂缝的宽度。根据当前时刻的压裂段和先压裂段的各簇裂缝的宽度和所述固体变形方程，计算当前时刻的压裂段的各簇裂缝的缝内流体压力。根据当前时刻的压裂段的各簇裂缝的宽度，判断当前时刻的压裂段的各簇裂缝是否发生扩展；当确定达到所述模拟泵注时长时，确定所述多层系立体井网压裂裂缝模型已完成对裂缝扩展的模拟。
如图1所示，本申请实施例提供的多层系立体井网压裂裂缝扩展模拟方法的应用场景，在该应用场景对应的网络架构中包括电子设备10，电子设备10可以用于对多层系立体井网进行裂缝扩展模拟，在对多层系立体井网进行裂缝扩展模拟前，输入模型基本参数以建立多层系立体井网压裂裂缝扩展模型，以实现对多层系立体井网压裂裂缝扩展模型中多井多段的裂缝扩展模拟。针对该多层系立体井网压裂裂缝扩展模型，给定模拟泵注时长，在模拟泵注时长内，针对于当前时刻，根据当前时刻的压裂段的各簇裂缝的各簇裂缝的流量分配，以及上一时刻的压裂段的各簇裂缝的裂缝宽度和对应的缝内流体压力，通过缝内流体流动方程计算当前时刻的压裂段的各簇裂缝的宽度。根据当前时刻的压裂段和先压裂段的各簇裂缝的宽度和所述固体变形方程，计算当前时刻的压裂段的各簇裂缝的缝内流体压力。根据当前时刻的压裂段的各簇裂缝的宽度，判断当前时刻的压裂段的各簇裂缝是否发生扩展；当确定达到所述模拟泵注时长时，确定所述多层系立体井网压裂裂缝模型已完成对裂缝扩展的模拟，输出裂缝扩展模拟结果。
下面以具体地实施例对本申请的技术方案以及本申请的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。下面将结合附图，对本申请的实施例进行描述。
图2是本申请一实施例提供的多层系立体井网压裂裂缝扩展模拟方法，如图2所示，本实施例提供的多层系立体井网压裂裂缝扩展模拟方法的执行主体是电子设备。则本实施例提供的多层系立体井网压裂裂缝扩展模拟方法包括以下步骤：
步骤101，输入模型基本参数，以建立多层系立体井网压裂裂缝扩展模型。
其中，模型基本参数是指对多层系立体井网压裂裂缝扩展模型进行初始化时，所需的基本参数。模型基本参数是构建多层系立体井网压裂裂缝扩展模型的基础，可选的，模型基本参数至少包括各层系深度、岩石力学参数、井网空间坐标、压裂段长、簇间距、射孔参数、各个压裂段的模拟泵注时长。
多层系立体井网压裂裂缝扩展模型是一种对多层系立体井网在压裂过程中，裂缝扩展形态进行模拟的数值模型。多层系立体井网压裂裂缝扩展模型包括流固耦合方程，流固耦合方程是研究变形固体在流场作用下的各种行为以及固体变形对流场影响这二者之间的相互作用的方程。流固耦合方程包括缝内流体流动方程和固体变形方程。
在多层系立体井网的压裂过程中，需要对如图3所示的多层系立体井网中的各个井先后或者同时开展压裂施工作业，即沿着各个井筒注入压裂液流体使地层产生裂缝，进而形成具有高导流能力的油气渗流通道，提高油气开采速度和采出程度。多层系立体井网压裂裂缝扩展过程受地质参数和工程参数共同影响，通过多层系立体井网压裂裂缝扩展模型能够模拟研究不同参数下的裂缝扩展情况，有助于多层系立体井网压裂裂缝扩展机理研究和压裂施工参数优化设计。
在对多层系立体井网裂缝扩展模拟时，具体到数值模拟方法，可以是：对多层系立体井网压裂裂缝扩展模型划分裂缝面单元，整个多层系立体井网压裂裂缝扩展模型包括多个裂缝面。如图4所示，为便于数值计算和边界捕捉，将裂缝面离散成矩形网格，定义了4种网格单元类型：通道单元、尖端单元、待定单元和初始单元，其中，通道单元和尖端单元为已激活单元，待定单元和初始单元为未激活单元。
在一个实施例中，在建立多层系立体井网压裂裂缝扩展模型之前，可以选择多层系立体井网的压裂模式。压裂模式包括同步压裂和拉链拉裂，其中，同步压裂是指在油气开采过程中同时对两口井或两口井以上的相邻井进行压裂作业。拉链压裂是指在油气等开采过程中先后依次对两口井或两口井以上的相邻井进行压裂。
步骤102，在模拟泵注时长内，根据当前时刻的压裂段的各簇裂缝的流量分配，以及上一时刻的压裂段的各簇裂缝的裂缝宽度和对应的缝内流体压力，通过所述缝内流体流动方程计算当前时刻的压裂段的各簇裂缝的宽度。
其中，模拟泵注时长是初始化多层系立体井网压裂裂缝扩展模型时，给定的对多层系立体井网进行模拟泵注的总时长。上一时刻的压裂段的各簇裂缝的缝内流体压力，是基于上一时刻的压裂段和先压裂段的各簇裂缝的宽度和所述固体变形方程计算获得的。压裂段是指当前时刻正在压裂的压裂段，先压裂段是指当前时刻已经施工结束的压裂段。
上一时刻的压裂段的各簇裂缝的缝内流体压力是指上一时刻的压裂段的各簇裂缝面上激活单元受到的流体压力。上一时刻的压裂段的各簇裂缝的裂缝宽度是指上一时刻的压裂段的各簇裂缝激活单元的宽度。当前时刻的压裂段的各簇裂缝的宽度是指当前时刻的压裂段的各簇裂缝激活单元的宽度。
在获取当前时刻的压裂段的各簇裂缝的流量分配时，可以是根据井筒流体流动模型计算获得。井筒流体流动模型是根据基尔霍夫定律建立的流量分配模型，即流量分配满足体积守恒和压力平衡条件。根据井筒流体流动模型和上一时刻的压裂段的各簇裂缝的缝内流体压力，可以用于求解当前时刻的压裂段的各簇裂缝的流量分配。具体计算过程如下所示：
在求解过程中，每个压裂段都单独满足一个井筒流体流动模型，假设有M个压裂段，即有M组井筒流体流动模型：
式中：QM为第M压裂段中的总压裂液排量，m3/min；δ为克罗内克符号；
为第M压裂段中各簇裂缝的流量，m3/min；
为第M压裂段中的井底压力，MPa；
为第M压裂段中第i条裂缝的缝口压力(缝口压力即每个裂缝面注入单元的缝内流体压力)，MPa；
为第M压裂段中第i条裂缝的孔眼摩阻，MPa；
为第M压裂段中第i条裂缝的井筒摩阻，MPa。对于不同的压裂模式满足的井筒流体流动模型不同，拉链压裂时为单口井依次作业，每个计算步长内只有一个压裂段，即M等于1，而同步压裂时多口井同时压裂，井筒流体流动模型为M组，M等于同步压裂的井数。
然后采用牛顿-拉夫逊(Newton-Raphson)方法求解井筒流体流动模型，得到当前时刻的压裂段的各簇裂缝的流量分配。
在通过缝内流体流动方程计算当前时刻的压裂段的各簇裂缝的宽度时，具体是：将当前时刻的压裂段的各簇裂缝的流量分配代入到缝内流体流动方程以及质量守恒方程中，以求解得到当前时刻的压裂段的各簇裂缝的宽度。
具体地，缝内流体流动方程为平行板间不可压缩流体的层流模型，并考虑流体滤失行为。
缝内流体流动方程为：
式中：q为流体体积流量，m2/s；μ为动力粘度，Pa·s。
在缝内流体流动方程基础上，考虑流体滤失行为后，满足缝内流体流动的质量守恒方程为：
式中：qL为卡特(Carter)滤失模型表示的滤失速度，m/s；
为第M压裂段中第i条裂缝的流体注入量，m3/s；xi为第i条裂缝注入位置，δ为克罗内克符号；xi为第i条裂缝注入位置，x为裂缝单元的中心点位置。拉链压裂时为单口井依次作业，每个计算步长内只有一个压裂段，即M等于1，而同步压裂时多口井同时压裂，缝内流体流动的质量守恒方程为M组，即M等于同步压裂的井数。
再基于勒让德(Legendre)多项式的龙格-库塔(Runge-Kutta)方法求解得到当前时刻的压裂段的各簇裂缝的宽度(即当前时刻的压裂段的各簇裂缝激活单元的宽度)。
首先，基于时间步长Δt计算级数s，时间步长Δt是依据裂缝的扩展情况计算得到的，计算级数s的具体公式如下：
龙格-库塔(Runge-Kutta)方法的简化方程为：
具有2阶精度的s级Runge-Kutta-Legendre计算格式为：
w0＝w(t0)
w(t0+Δt)＝ws
式中：
b0＝b1＝b2＝1/3
对于上一时刻的压裂段的各簇裂缝的缝内流体压力，是根据上一时刻的压裂段和先压裂段的各簇裂缝的宽度和固体变形方程计算获得的。
具体地：固体变形方程采用三维位移不连续方法求解，对于平面三维裂缝，忽略缝长和缝高方向上的剪切位移，仅考虑法向位于不连续量，激活单元在其局部坐标系下产生的法向应力为：
式中σ33为法向应力，MPa；G为剪切模量，MPa；v为泊松比；D3为法向位移，即激活单元的宽度，m；I为：
上述积分的偏导数为：
平面三维模型假定裂缝沿着最小水平主应力方向扩展，即所有裂缝单元的局部坐标系与全局坐标系方向一致，上述方程只需一次坐标变化即可得到全局坐标系下的解。
考虑所有激活单元，简化上述方程为矩阵形式：
σ33＝AD3；
式中，
为激活单元i的压力，MPa；Ai,j为影响系数，MPa/m；
为激活单元j的宽度，m，m为先压裂段中激活单元的数量，n为当前压裂段中激活单元的数量。
根据边界条件，裂缝面上满足如下方程：
p(x,t)-σh(x)＝σ33
式中：p(x,t)为坐标x(x,y,z)处的缝内流体压力，MPa；σh(x)为坐标x(x,y,z)处的最小水平主应力，MPa。通过上式固体变形方程，代入压裂段和先压裂段中所有激活单元的宽度，即可求出当前压裂段激活单元的缝内流体压力。
步骤103，根据当前时刻的压裂段的各簇裂缝宽度，判断当前时刻的压裂段的各簇裂缝是否发生扩展。
具体地，根据当前时刻的压裂段的各簇裂缝的宽度，即当前时刻的压裂段的各簇裂缝面上激活单元的宽度，可以确定当前时刻的压裂段的各簇裂缝的尖端单元的宽度，以根据当前时刻的压裂段的各簇裂缝的尖端单元的宽度，分别判断当前时刻的压裂段的各簇裂缝是否发生裂缝扩展。
步骤104，当确定达到所述模拟泵注时长时，确定通过所述多层系立体井网压裂裂缝扩展模型已完成对裂缝扩展的模拟，输出裂缝扩展模拟结果。
其中，裂缝扩展模拟结果是指对多层系立体井网压裂裂缝扩展模型进行数值模拟，达到设定的模拟泵注时长时，所获得的模拟结果。裂缝扩展模拟结果至少包括各井的裂缝扩展形态模拟结果。
示例性地，当达到模拟泵注时长时，则完成多层系立体井网压裂裂缝扩展模拟，并输出压裂结束后各井的裂缝扩展形态图。
在一个实施例中，如图5所示，为一套开发层系中多层系立体井网布置两口井同步压裂时的多裂缝扩展形态。图5表明同一开发层系中两口相邻井同步压裂时，多裂缝扩展形态除了受段内应力干扰作用的影响，还受到井间应力干扰作用的影响。段内应力干扰作用使得同一口井中各簇裂缝未能均匀起裂扩展，中间簇裂缝扩展受到明显抑制，外侧两簇裂缝扩展得更加充分。两口井同步压裂时的井间应力干扰作用使得各簇裂缝趋于外侧扩展，各裂缝不再呈双翼对称形态。其中，图5对应的模型基本参数如表1所示：
表1模型基本参数
| 参数名称 | 单位 | 取值 | 参数名称 | 单位 | 取值 |
| 井数 | 口 | 2 | 井间距 | m | 200 |
| 单段簇数 | 簇 | 5 | 簇间距 | m | 10 |
| 单簇孔数 | 孔 | 12 | 孔眼直径 | mm | 12 |
| 杨氏模量 | GPa | 35 | 泊松比 | 无 | 0.20 |
| 断裂韧性 | MPa·m<sup>0.5</sup> | 1.5 | 滤失系数 | m/s<sup>0.5</sup> | 1×10<sup>-5</sup> |
| 最小水平主应力 | MPa | 60 | 单段泵注时间 | Min | 30 |
如图6所示，为两套层系中三口井拉链压裂作业模式下的多裂缝扩展形态图，压裂施工顺序为井1、井2和井3，其中井1和井2位于第一套开发层系，而井3位于第二套开发层系。结果表明，在拉链压裂作业模式下各井的多裂缝扩展形态明显不同。由于井1最先压裂，其多裂缝扩展形态仅受段内的应力干扰作用影响，呈现出中间簇裂缝受到抑制，外侧两簇裂缝扩展更充分，且各裂缝沿井筒呈双翼对称的形态。而井2压裂时，除了受到段内应力干扰的作用，还受井1的应力干扰作用，使得其各簇裂缝不再呈双翼对称形态，各裂缝趋于远离井1扩展。井1和井2压裂结束后，开展井3的压裂施工作业，由于井3与前两口井位于两套开发层系中，井3的各裂缝在水平方向受到应力干扰作用较小，裂缝扩展形态较为充分且对称。此外，图5和图6中的井1和2多裂缝扩展模拟结果也表明，多层系立体井网多井开发中不同的压裂作业模式(同步压裂和拉链压裂)对多裂缝扩展形态有较大影响。
本申请提供的多层系立体井网压裂裂缝扩展模拟方法，通过输入模型基本参数，以建立多层系立体井网压裂裂缝扩展模型，所述多层系立体井网压裂裂缝扩展模型包括流固耦合方程，所述流固耦合方程包括缝内流体流动方程和固体变形方程；在模拟泵注时长内，根据当前时刻的压裂段的各簇裂缝的流量分配，以及上一时刻的压裂段的各簇裂缝的裂缝宽度和对应的缝内流体压力，通过所述缝内流体流动方程计算当前时刻的压裂段的各簇裂缝的宽度；所述上一时刻的压裂段的各簇裂缝的缝内流体压力，是基于上一时刻的压裂段和先压裂段的各簇裂缝的宽度和所述固体变形方程计算获得的；根据当前时刻的压裂段的各簇裂缝的宽度，判断当前时刻的压裂段的各簇裂缝是否发生扩展；当确定达到所述模拟泵注时长时，确定通过所述多层系立体井网压裂裂缝扩展模型已完成对裂缝扩展的模拟，输出裂缝扩展模拟结果。由于在对多层系立体井网进行裂缝扩展模拟过程中，确定当前时刻的压裂段的各簇裂缝的宽度时，是基于上一时刻的压裂段的各簇裂缝的缝内流体压力确定的。而上一时刻的压裂段的各簇裂缝的缝内流体压力是基于上一时刻的压裂段和先压裂段的各簇裂缝的宽度和固体变形方程获得的，即考虑了井间应力干扰作用对多裂缝扩展的影响，因此适用于多层系立体井网模式下的多井多段压裂裂缝扩展模拟，可以提高多层系立体井网裂缝模拟的准确性，能够开展多层系立体井网中水平井多段拉链压裂、同步压裂等模式下的裂缝扩展行为模拟与设计参数优化。
作为一种可选的实施方式，本实施例中，步骤103，包括以下步骤：
步骤201，根据当前时刻的压裂段的各簇裂缝的宽度，确定当前时刻的压裂段的各簇裂缝的尖端单元的宽度。
其中，每一簇裂缝包括多个尖端单元。当前时刻的压裂段的各簇裂缝的宽度包括裂缝面中各个激活单元对应的宽度，因此，根据当前时刻的压裂段的各簇裂缝宽度，即可确定压裂段的各簇裂缝的尖端单元的宽度。
步骤202，根据当前时刻的压裂段的各簇裂缝的扩展速度，计算当前时刻的压裂段的各簇裂缝的尖端单元的临界宽度。
其中，当前时刻的压裂段的各簇裂缝的尖端单元的临界宽度，与当前时刻的压裂段的各簇裂缝的扩展速度相关。因此，在确定当前时刻的压裂段的各簇裂缝的扩展速度的情况下，可以计算得到当前时刻的压裂段的各簇裂缝的尖端单元的临界宽度。
步骤203，根据当前时刻的各簇裂缝的尖端单元的宽度和对应的尖端单元的临界宽度，判断当前时刻的压裂段的各簇裂缝是否发生扩展。
其中，根据当前时刻的各簇裂缝的尖端单元的宽度与尖端单元的临界宽度比较，若临界宽度更小，则裂缝发生扩展，待定单元被激活；否则，裂缝不发生扩展。
本实施例中，根据当前时刻的压裂段的各簇裂缝的宽度，确定当前时刻的压裂段的各簇裂缝的尖端单元的宽度，每一簇裂缝包括多个尖端单元；根据当前时刻的压裂段的各簇裂缝的扩展速度，计算当前时刻的压裂段的各簇裂缝的尖端单元的临界宽度；根据当前时刻的各簇裂缝的尖端单元的宽度和对应的尖端单元的临界宽度，判断当前时刻的压裂段的各簇裂缝是否发生扩展。由于判断各簇裂缝是否发生扩展，是基于当前时刻的压裂段的各簇裂缝的尖端单元的宽度和对应的尖端单元的临界宽度得以确定的，因而可以准确地判断是否发生扩展。
作为一种可选的实施方式，本实施例中，针对步骤104，包括以下步骤：
步骤301，获取当前时刻的压裂段的各簇裂缝的裂缝尖端的长度。
在前述计算中，当前时刻的裂缝宽度包括裂缝面中各个激活单元对应的宽度，因此，根据当前时刻的压裂段的各簇裂缝宽度，即可确定压裂段的各簇裂缝的尖端单元的宽度。
可选地，根据多尺度尖端渐进解的近似解法，计算得到尖端单元的临界宽度。
步骤302，根据当前时刻的压裂段的各簇裂缝的裂缝扩展速度、所述裂缝尖端的长度、流体的动力粘度、杨氏模量、固体的断裂韧性和多尺度尖端渐进解的近似解法，计算当前时刻的压裂段的各簇裂缝的尖端单元的临界宽度。
其中，根据多尺度尖端渐进解的近似解法计算尖端单元的临界宽度，也就是根据如下的公式计算尖端单元的临界宽度：
式中：ls为裂缝尖端的长度，m；V为裂缝尖端的扩展速度，m/s，u为流体动力粘度，Pa·s，
E为杨氏模量，MPa；v为泊松比，无因次；
KIC为断裂韧性，MPa·m0.5。
本实施例中，获取当前时刻的压裂段的各簇裂缝的裂缝尖端的长度；根据当前时刻的压裂段的各簇裂缝的裂缝扩展速度、所述裂缝尖端的长度、流体的动力粘度、杨氏模量、固体的断裂韧性和多尺度尖端渐进解的近似解法，计算当前时刻的压裂段的各簇裂缝的尖端单元的临界宽度。由于多尺度尖端渐进解综合考虑了岩石韧性、液体粘性、滤失和裂缝存储，提高了裂缝尖端渐进解的适用范围，避免了裂缝尖端网格加密，能够高效准确的解出尖端单元的临界宽度。因此通过根据当前时刻的压裂段的各簇尖端单元的扩展速度、长度等，和多尺度尖端渐进解的近似表达式可准确计算出尖端单元的临界宽度。
作为一种可选的实施方式，本实施例中，步骤203，针对压裂段的各簇裂缝，均执行以下步骤：
步骤401，判断当前时刻的该簇裂缝的尖端单元的宽度是否大于对应的尖端单元的临界宽度。
步骤402，若当前时刻该簇裂缝的尖端单元的宽度大于对应的尖端单元的临界宽度，则确定当前时刻该簇裂缝发生扩展。
步骤403，若当前时刻该簇裂缝的尖端单元的宽度小于或者等于对应的尖端单元的临界宽度，则确定当前时刻该簇裂缝未发生扩展。
其中，判断所述当前时刻的压裂段的各簇裂缝的尖端单元的宽度是否大于对应的所述当前时刻尖端单元的临界宽度；若所述当前时刻的尖端单元的宽度大于对应的所述当前时刻的尖端单元临界宽度，则确定所述当前时刻的压裂段中该簇裂缝发生扩展；若所述当前时刻的尖端单元的宽度小于或者等于对应的所述当前时刻的尖端单元临界宽度，则确定所述当前时刻的压裂段中该簇裂缝不发生扩展。若判断当前时刻的压裂段中该簇裂缝发生扩展，则激活外侧的待定单元。
作为一种可选的实施方式，本实施例中，确定所述当前时刻的压裂段的各簇裂缝是否发生扩展之后，多层系立体井网压裂裂缝扩展模拟方法，还包括以下步骤：
步骤501，当前时刻结束后压裂段的各簇裂缝中的最大扩展速度。
其中，针对每个待定单元，将裂缝的扩展速度分解成横向扩展速度Vx和纵向扩展速度Vy。
式中，横向扩展速率Vx与待定单元的横坐标的距离Δx、待定单元的左侧相邻单元的激活时间
待定单元的右侧相邻单元的激活时间
有关。纵向扩展速率Vy与待定单元的纵坐标的距离Δy、待定单元的上侧相邻单元的激活时间
待定单元的下侧相邻单元的激活时间
有关。
在获得每个待定单元的横向扩展速度VX和纵向扩展速度Vy后，从所有待定单元的横向扩展速度中选择最大的横向扩展速率
从所有待定单元的纵向扩展速度中选择最大的纵向扩展速率
步骤502，根据所述最大扩展速度，确定时间步长Δt，并根据当前时刻和所述时间步长确定下一时刻。
具体地，在获得最大的横向扩展速率
和最大的纵向扩展速率
后，根据最大的横向扩展速率
和最大的纵向扩展速率
计算时间步长Δt。
可选地，根据如下公式计算时间步长Δt。
式中，α为时间步修正因子，可以取0.2，β为裂缝长度修正因子，可以取0.08，lf为裂缝半长，由于整个裂缝面是对称的，裂缝半长为裂缝总长的一半，单位为m。
具体地，当前时刻t＝上一时刻t’+时间步长Δt，在每次循环计算过程中，时间步长Δt会根据待定单元的扩展速度发生变化。
本实施例中，获取当前时刻结束后压裂段的各簇裂缝中的最大扩展速度；根据所述最大扩展速度，确定时间步长，并根据当前时刻和所述时间步长确定下一时刻，从而重复执行步骤102和步骤103，直至达到模拟泵注时长，完成对裂缝扩展的模拟。
图7是本申请一实施例提供的多层系立体井网裂缝扩展模拟装置的结构示意图，如图7所示，本实施例提供的多层系立体井网裂缝扩展模拟装置70位于电子设备中，则本实施例提供的多层系立体井网裂缝扩展模拟装置70，包括：参数输入模块71，裂缝宽度获取模块71，裂缝扩展判断模块72和模拟完成模块73。
其中，参数输入模块71，用于输入模型基本参数，以建立多层系立体井网压裂裂缝扩展模型，所述多层系立体井网压裂裂缝扩展模型包括流固耦合方程，所述流固耦合方程包括缝内流体流动方程和固体变形方程；
裂缝宽度获取模块72，用于在模拟泵注时长内，根据当前时刻的压裂段的各簇裂缝的流量分配，以及上一时刻的压裂段的各簇裂缝的裂缝宽度和对应的缝内流体压力，通过所述缝内流体流动方程计算当前时刻的压裂段的各簇裂缝的宽度；所述上一时刻的压裂段的各簇裂缝的缝内流体压力，是基于上一时刻的压裂段和先压裂段的各簇裂缝的宽度和所述固体变形方程计算获得的；
裂缝扩展判断模块73，用于根据当前时刻的压裂段的各簇裂缝的宽度，判断当前时刻的压裂段的各簇裂缝是否发生扩展；
模拟完成模块74，用于当确定达到所述模拟泵注时长时，确定通过所述多层系立体井网压裂裂缝扩展模型已完成对裂缝扩展的模拟，输出裂缝扩展模拟结果。
可选地，裂缝扩展判断模块73，具体用于：根据当前时刻的压裂段的各簇裂缝的宽度，确定当前时刻的压裂段的各簇裂缝的尖端单元的宽度，每一簇裂缝包括多个尖端单元；根据当前时刻的压裂段的各簇裂缝的扩展速度，计算当前时刻的压裂段的各簇裂缝的尖端单元的临界宽度；根据当前时刻的各簇裂缝的尖端单元的宽度和对应的尖端单元的临界宽度，判断当前时刻的压裂段的各簇裂缝是否发生扩展。
可选地，裂缝扩展判断模块73，在计算当前时刻的压裂段的各簇裂缝的尖端单元的临界宽度时，具体用于：获取当前时刻的压裂段的各簇裂缝的裂缝尖端的长度；根据当前时刻的压裂段的各簇裂缝的裂缝扩展速度、所述裂缝尖端的长度、流体的动力粘度、杨氏模量、固体的断裂韧性和多尺度尖端渐进解的近似解法，计算当前时刻的压裂段的各簇裂缝的尖端单元的临界宽度。
可选地，裂缝扩展判断模块73，在根据当前时刻的各簇裂缝的尖端单元的宽度和对应的尖端单元的临界宽度，判断当前时刻的压裂段的各簇裂缝是否发生扩展时，具体用于：针对压裂段的各簇裂缝，均执行以下操作：判断当前时刻的该簇裂缝的尖端单元的宽度是否大于对应的尖端单元的临界宽度；若确定当前时刻的该簇裂缝的尖端单元的宽度大于对应的尖端单元的临界宽度，则确定当前时刻的该簇裂缝发生扩展；若确定当前时刻的该簇裂缝的尖端单元的宽度小于或者等于对应的尖端单元的临界宽度，则确定当前时刻的该簇裂缝未发生扩展。
可选地，多层系立体井网裂缝扩展模拟装置70，还包括：时间步长确定模块，用于：在判断当前时刻的压裂段的各簇裂缝是否发生扩展之后，获取当前时刻结束后压裂段的各簇裂缝中的最大扩展速度；根据所述最大扩展速度，确定时间步长，并根据当前时刻和所述时间步长确定下一时刻，以判断下一时刻的压裂段的各簇裂缝是否发生扩展。
可选地，模型基本参数，包括：各层系深度、岩石力学参数、井网空间坐标、压裂段长、簇间距、射孔参数、各个压裂段的模拟泵注时长。
图8是根据一示例性实施例示出的一种电子设备的框图，该设备可以是如图8所示，电子设备，包括：存储器81，处理器82；存储器81用于存储处理器可执行指令的存储器；处理器82用于运行计算机程序或指令，以实现如上任意一个实施例提供的多层系立体井网压裂裂缝扩展模拟方法。
其中，存储器81，用于存放程序。具体地，程序可以包括程序代码，程序代码包括计算机操作指令。存储器81可能包含高速RAM存储器，也可能还包括非易失性存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。
其中，处理器82可能是一个中央处理器(Central Processing Unit，简称为CPU)，或者是特定集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称为ASIC)，或者是被配置成实施本公开实施例的一个或多个集成电路。
可选的，在具体实现上，如果存储器81和处理器82独立实现，则存储器81和处理器82可以通过总线83相互连接并完成相互间的通信。总线83可以是工业标准体系结构(Industry Standard Architecture，简称为ISA)总线83、外部设备互连(PeripheralComponent，简称为PCI)总线83或扩展工业标准体系结构(Extended Industry StandardArchitecture，简称为EISA)总线83等。总线83可以分为地址总线83、数据总线83、控制总线83等。为便于表示，图8中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线83或一种类型的总线83。
可选的，在具体实现上，如果存储器81和处理器82集成在一块芯片上实现，则存储器81和处理器82可以通过内部接口完成相同间的通信。
一种非临时性计算机可读存储介质，当该存储介质中的指令由电子设备的处理器执行时，使得电子设备能够执行上述电子设备的多层系立体井网压裂裂缝扩展模拟方法。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由下面的权利要求书指出。
应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求书来限制。
Claims (10)
1.一种多层系立体井网压裂裂缝扩展模拟方法，其特征在于，所述方法包括：
输入模型基本参数，以建立多层系立体井网压裂裂缝扩展模型，所述多层系立体井网压裂裂缝扩展模型包括流固耦合方程，所述流固耦合方程包括缝内流体流动方程和固体变形方程；
在模拟泵注时长内，根据当前时刻的压裂段的各簇裂缝的流量分配，以及上一时刻的压裂段的各簇裂缝的裂缝宽度和对应的缝内流体压力，通过所述缝内流体流动方程计算当前时刻的压裂段的各簇裂缝的宽度；所述上一时刻的压裂段的各簇裂缝的缝内流体压力，是基于上一时刻的压裂段和先压裂段的各簇裂缝的宽度和所述固体变形方程计算获得的；
根据当前时刻的压裂段的各簇裂缝的宽度，判断当前时刻的压裂段的各簇裂缝是否发生扩展；
当确定达到所述模拟泵注时长时，确定通过所述多层系立体井网压裂裂缝扩展模型已完成对裂缝扩展的模拟，输出裂缝扩展模拟结果。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据当前时刻的压裂段的各簇裂缝的宽度，判断当前时刻的压裂段的各簇裂缝是否发生扩展，包括：
根据当前时刻的压裂段的各簇裂缝的宽度，确定当前时刻的压裂段的各簇裂缝的尖端单元的宽度，每一簇裂缝包括多个尖端单元；
根据当前时刻的压裂段的各簇裂缝的扩展速度，计算当前时刻的压裂段的各簇裂缝的尖端单元的临界宽度；
根据当前时刻的各簇裂缝的尖端单元的宽度和对应的尖端单元的临界宽度，判断当前时刻的压裂段的各簇裂缝是否发生扩展。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，计算当前时刻的压裂段的各簇裂缝的尖端单元的临界宽度，包括：
获取当前时刻的压裂段的各簇裂缝的裂缝尖端的长度；
根据当前时刻的压裂段的各簇裂缝的裂缝扩展速度、所述裂缝尖端的长度、流体的动力粘度、杨氏模量、固体的断裂韧性和多尺度尖端渐进解的近似解法，计算当前时刻的压裂段的各簇裂缝的尖端单元的临界宽度。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据当前时刻的各簇裂缝的尖端单元的宽度和对应的尖端单元的临界宽度，判断当前时刻的压裂段的各簇裂缝是否发生扩展，包括：
针对压裂段的各簇裂缝，均执行以下操作：
判断当前时刻的该簇裂缝的尖端单元的宽度是否大于对应的尖端单元的临界宽度；
若确定当前时刻的该簇裂缝的尖端单元的宽度大于对应的尖端单元的临界宽度，则确定当前时刻的该簇裂缝发生扩展；
若确定当前时刻的该簇裂缝的尖端单元的宽度小于或者等于对应的尖端单元的临界宽度，则确定当前时刻的该簇裂缝未发生扩展。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述判断当前时刻的压裂段的各簇裂缝是否发生扩展之后，所述方法还包括：
获取当前时刻结束后压裂段的各簇裂缝中的最大扩展速度；
根据所述最大扩展速度，确定时间步长，并根据当前时刻和所述时间步长确定下一时刻。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述模型基本参数，包括：各层系深度、岩石力学参数、井网空间坐标、压裂段长、簇间距、射孔参数、各个压裂段的模拟泵注时长。
7.一种多层系立体井网裂缝扩展模拟装置，其特征在于，所述装置模型包括：
参数输入模块，用于输入模型基本参数，以建立多层系立体井网压裂裂缝扩展模型，所述多层系立体井网压裂裂缝扩展模型包括流固耦合方程，所述流固耦合方程包括缝内流体流动方程和固体变形方程；
裂缝宽度获取模块，用于在模拟泵注时长内，根据当前时刻的压裂段的各簇裂缝的流量分配，以及上一时刻的压裂段的各簇裂缝的裂缝宽度和对应的缝内流体压力，通过所述缝内流体流动方程计算当前时刻的压裂段的各簇裂缝的宽度；所述上一时刻的压裂段的各簇裂缝的缝内流体压力，是基于上一时刻的压裂段和先压裂段的各簇裂缝的宽度和所述固体变形方程计算获得的；
裂缝扩展判断模块，用于根据当前时刻的压裂段的各簇裂缝的宽度，判断当前时刻的压裂段的各簇裂缝是否发生扩展；
模拟完成模块，用于当确定达到所述模拟泵注时长时，确定通过所述多层系立体井网压裂裂缝扩展模型已完成对裂缝扩展的模拟，输出裂缝扩展模拟结果。
8.一种电子设备，包括：处理器，以及与所述处理器通信连接的存储器；
所述存储器存储计算机执行指令；
所述处理器执行所述存储器存储的计算机执行指令，以实现如权利要求1-6中任一项所述的方法。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有计算机执行指令，所述计算机执行指令被处理器执行时用于实现如权利要求1-6任一项所述的方法。
10.一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-6中任一项所述的方法。
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