CN116838308A - 一种重复压裂工艺优化方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种重复压裂工艺优化方法及系统，涉及非常规油气藏压裂增产领域，方法包括根据所述地质信息和所述岩石力学参数建立非常规油气藏储层模型；根据非常规油气藏储层模型的页岩储层模型利用三维离散格子法建立分段分簇多井初次压裂模型并根据所述分段分簇多井初次压裂模型确定不同井间距与井斜角度下的分段分簇多井初次压裂数值模拟结果；并根据其所述分段分簇多井初次压裂模型和所述不同井间距与井斜角度下分段分簇多井初次压裂数值模拟结果，利用三维离散格子法进行不同重复压裂工艺下裂缝再扩展模拟，得到重复压裂模拟结果；根据所述重复压裂模拟结果确定重复压裂工艺的优化方案。本发明能缓和加密井井间窜扰引起的裂缝闭合与产能下降。
Description
技术领域
本发明涉及非常规油气藏压裂增产领域，特别是涉及一种重复压裂工艺优化方法及系统。
背景技术
加密井技术通过在非常规油气藏储层中，钻开邻井形成小型井网，实现低孔渗油气藏的多点开采和控制，从而提高储层动用程度与采收率。受储层地质特征与诱导应力影响，分段压裂水力裂缝往往易形成不均匀的缝长并与邻井裂缝连通，导致压裂窜扰。这种干扰多数情况会加剧非目标储层区域的流动，造成产量的骤降。利用重复压裂在目标储层区域重启受干扰裂缝或压开新缝，能有效恢复储层流通性，最大限度发挥储层潜能。重复压裂已被证实相较于常规压裂具有成本低，效益高的优势。然而，由于初次人工裂缝的存在和前期生产活动的扰动，使得重复压裂新裂缝产生条件和扩展机制非常复杂。不同区不同井重复压裂效果差异较大，实施工艺工序多样，现有的优化与评价方法很难保证选取重复改造工艺的经济性与有效性。
发明内容
本发明的目的是提供一种重复压裂工艺优化方法及系统，可缓和加密井井间窜扰引起的裂缝闭合与产能下降。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种重复压裂工艺优化方法，包括：
获取目标区块非常规油气藏储层的地质信息与岩石力学参数；所述地质信息包括储层初始应力场最小水平主应力、最大水平主应力、上覆应力和孔隙压力；所述岩石力学参数包括储层岩石杨氏模量、泊松比、抗拉强度、抗剪强度和抗压强度；
根据所述地质信息和所述岩石力学参数建立非常规油气藏储层模型；
根据所述非常规油气藏储层模型的页岩储层模型利用三维离散格子法建立分段分簇多井初次压裂模型并根据所述分段分簇多井初次压裂模型确定不同井间距与井斜角度下的分段分簇多井初次压裂数值模拟结果；所述页岩储层模型为施加不同井间距与井斜角度下的压力工艺施工参数的非常规油气藏储层模型的页岩储层模型；所述分段分簇多井初次压裂数值模拟结果包括各簇平均破裂压力、各簇诱导应力、各簇的储层改造体积、各簇改造体积标准差以及裂缝有效占比；
根据所述分段分簇多井初次压裂模型和所述不同井间距与井斜角度下分段分簇多井初次压裂数值模拟结果，利用三维离散格子法进行不同重复压裂工艺下裂缝再扩展模拟，得到重复压裂模拟结果；所述重复压裂模拟结果包括重复压裂效率、重复压裂平均破裂压力、重复压裂改造体积标准差和重复压裂有效裂缝占比；
根据所述重复压裂模拟结果确定重复压裂工艺的优化方案。
可选地，根据所述非常规油气藏储层模型的页岩储层模型利用三维离散格子法建立分段分簇多井初次压裂模型，具体包括：
以所述页岩储层模型的岩石颗粒为节点，以所述岩石颗粒之间的接触为节点间的弹簧，构建三维离散格子模型；所述三维离散格子模型包括固体力学模型和流体流动模型；所述固体力学模型和所述流体流动模型之间存在流固耦合过程；
利用所述三维离散格子模型建立分段分簇多井初次压裂模型。
可选地，根据所述分段分簇多井初次压裂模型确定不同井间距与井斜角度下的分段分簇多井初次压裂数值模拟结果，具体包括：
对初次分段分簇压裂，在预设时间步长内利用所述流体流动模型构建每一簇的泵注曲线；所述泵注曲线的横坐标为预设时间步长，所述泵注曲线的纵坐标为每一簇在每一设定时间步长下对应的注入压力；
根据所述泵注曲线的最高点和簇数计算各簇平均破裂压力；所述泵注曲线的最高点为对应簇的破裂压力；
对初次分段分簇压裂，在所述预设时间步长内，根据所述流体流动模型和所述流固耦合过程计算水力压裂下各簇的最终裂缝宽度；
根据各簇的所述最终裂缝宽度计算裂缝体积，并根据所述裂缝体积计算裂缝有效占比；
根据各簇的所述裂缝体积计算各簇的储层改造体积；
根据各簇的所述储层改造体积计算平均储层改造体积；
根据各簇的所述储层改造体积和所述平均储层改造体积计算各簇改造体积标准差；
对所述初次压裂模拟，根据出现拉剪破坏的所述弹簧的两端节点的单位法向向量和储层初始应力，计算各簇诱导应力。
可选地，所述裂缝有效占比的表达式为：
其中，为第j簇裂缝的裂缝体积，N为裂缝簇数，f表示裂缝。
可选地，所述储层改造体积的表达式为：
其中，为第j簇的储层改造体积，为第j簇裂缝的裂缝体积，N为裂缝簇数，f表示裂缝。
可选地，所述各簇诱导应力的表达式为：
其中，σh,w表示一个节点在h方向分量和w方向分量的三维坐标系地应力分量，h＝X，Y，Z；w＝X，Y，Z；X为最小水平主应力方向，Y为最大水平主应力方向，Z为上覆应力方向，为弹簧两端节点P在X方向的单位法向向量，为弹簧两端节点Q在X方向的单位法向向量，为弹簧两端节点P在Y方向的单位法向向量，弹簧两端节点Q在Y方向的单位法向向量，为弹簧两端节点P在Z方向的单位法向向量，为弹簧两端节点Q在Z方向的单位法向向量；σX，σY，σZ分别为输入的地层初始三向应力。
可选地，所述重复压裂效率的表达式为：
其中，ηrefrac为重复压裂效率，为重复压裂井总储层改造体积，为重复压裂井初次压裂后的总储层改造体积，为重复压裂注入压裂液体积。
本发明还提供一种重复压裂工艺优化系统，包括：
获取模块，用于获取目标区块非常规油气藏储层的地质信息与岩石力学参数；所述地质信息包括储层初始应力场最小水平主应力、最大水平主应力、上覆应力和孔隙压力；所述岩石力学参数包括储层岩石杨氏模量、泊松比、抗拉强度、抗剪强度和抗压强度；
建立模块，用于根据所述地质信息和所述岩石力学参数建立非常规油气藏储层模型；
分段分簇多井初次压裂模块，用于根据所述非常规油气藏储层模型的页岩储层模型利用三维离散格子法建立分段分簇多井初次压裂模型并根据所述分段分簇多井初次压裂模型确定不同井间距与井斜角度下的分段分簇多井初次压裂数值模拟结果；所述页岩储层模型为施加不同井间距与井斜角度下的压力工艺施工参数的非常规油气藏储层模型的页岩储层模型；所述分段分簇多井初次压裂数值模拟结果包括各簇平均破裂压力、各簇诱导应力、各簇的储层改造体积、各簇改造体积标准差以及裂缝有效占比；
不同重复压裂工艺下裂缝再扩展模拟模块，用于根据所述分段分簇多井初次压裂模型和所述不同井间距与井斜角度下分段分簇多井初次压裂数值模拟结果，利用三维离散格子法进行不同重复压裂工艺下裂缝再扩展模拟，得到重复压裂模拟结果；所述重复压裂模拟结果包括重复压裂效率、重复压裂平均破裂压力、重复压裂改造体积标准差和重复压裂有效裂缝占比；
优化方案确定模块，用于根据所述重复压裂模拟结果确定重复压裂工艺的优化方案。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明获取目标区块非常规油气藏储层的地质信息与岩石力学参数；根据所述地质信息和所述岩石力学参数建立非常规油气藏储层模型；根据所述非常规油气藏储层模型的页岩储层模型利用三维离散格子法建立分段分簇多井初次压裂模型并根据所述分段分簇多井初次压裂模型确定不同井间距与井斜角度下的分段分簇多井初次压裂数值模拟结果；所述页岩储层模型为施加不同井间距与井斜角度下的压力工艺施工参数的非常规油气藏储层模型的页岩储层模型；根据所述分段分簇多井初次压裂模型和所述不同井间距与井斜角度下分段分簇多井初次压裂数值模拟结果，利用三维离散格子法进行不同重复压裂工艺下裂缝再扩展模拟，得到重复压裂模拟结果；根据所述重复压裂模拟结果确定重复压裂工艺的优化方案。本发明能够一定程度缓和加密井井间窜扰引起的裂缝闭合与产能下降，还能最大限度挖掘储层剩余潜能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。
图1为本发明提供的重复压裂工艺优化方法框图；
图2为加密井井轨迹可视化确定可能发生压裂窜扰区域示意图；
图3为现场尺度分段分簇多井初次压裂模型示意图；
图4为初次压裂后，利用不同井间距下初次压裂裂缝形态确定压裂窜扰井段位置示意图；
图5为初次压裂后，利用储层潜能分析结合初次压裂模拟结果确定重复压裂井段示意图；
图6为重复压裂后，不同重复压裂工艺施工条件下的重复压裂效率、压裂总储层改造体积对比图；
图7为重复压裂后，不同重复压裂工艺施工条件下的平均破裂压力、有效裂缝占比对比图；
图8为本发明提供的重复压裂工艺优化方法流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。
本发明的目的是提供一种重复压裂工艺优化方法及系统，可缓和加密井井间窜扰引起的裂缝闭合与产能下降。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1和图8所示，本发明提供的一种重复压裂工艺优化方法，包括：
步骤101：获取目标区块非常规油气藏储层的地质信息与岩石力学参数；所述地质信息包括储层初始应力场最小水平主应力、最大水平主应力、上覆应力和孔隙压力；所述岩石力学参数包括储层岩石杨氏模量、泊松比、抗拉强度、抗剪强度和抗压强度。
步骤102：根据所述地质信息和所述岩石力学参数建立非常规油气藏储层模型。
步骤103：根据所述非常规油气藏储层模型的页岩储层模型利用三维离散格子法建立分段分簇多井初次压裂模型并根据所述分段分簇多井初次压裂模型确定不同井间距与井斜角度下的分段分簇多井初次压裂数值模拟结果；所述页岩储层模型为施加不同井间距与井斜角度下的压力工艺施工参数的非常规油气藏储层模型的页岩储层模型；所述分段分簇多井初次压裂数值模拟结果包括各簇平均破裂压力、各簇诱导应力、各簇的储层改造体积、各簇改造体积标准差以及裂缝有效占比。
步骤104：根据所述分段分簇多井初次压裂模型和所述不同井间距与井斜角度下分段分簇多井初次压裂数值模拟结果，利用三维离散格子法进行不同重复压裂工艺下裂缝再扩展模拟，得到重复压裂模拟结果；所述重复压裂模拟结果包括重复压裂效率、重复压裂平均破裂压力、重复压裂改造体积标准差和重复压裂有效裂缝占比。
步骤105：根据所述重复压裂模拟结果确定重复压裂工艺的优化方案。
根据所述非常规油气藏储层模型的页岩储层模型利用三维离散格子法建立分段分簇多井初次压裂模型具体包括：
以所述页岩储层模型的岩石颗粒为节点，以所述岩石颗粒之间的接触为节点间的弹簧，构建三维离散格子模型；所述三维离散格子模型包括固体力学模型和流体流动模型；所述固体力学模型和所述流体流动模型之间存在流固耦合过程。
利用所述三维离散格子模型建立分段分簇多井初次压裂模型。
根据所述分段分簇多井初次压裂模型确定不同井间距与井斜角度下的分段分簇多井初次压裂数值模拟结果，具体包括：
对初次分段分簇压裂，在预设时间步长内利用所述流体流动模型构建每一簇的泵注曲线；所述泵注曲线的横坐标为预设时间步长，所述泵注曲线的纵坐标为每一簇在每一设定时间步长下对应的注入压力。
根据所述泵注曲线的最高点和簇数计算各簇平均破裂压力；所述泵注曲线的最高点为对应簇的破裂压力。
对初次分段分簇压裂，在所述预设时间步长内，根据所述流体流动模型和所述流固耦合过程计算水力压裂下各簇的最终裂缝宽度。
根据各簇的所述最终裂缝宽度计算裂缝体积，并根据所述裂缝体积计算裂缝有效占比。
所述裂缝有效占比的表达式为：
其中，为第j簇裂缝的裂缝体积，N为裂缝簇数，f表示裂缝。
根据各簇的所述裂缝体积计算各簇的储层改造体积。
所述储层改造体积的表达式为：
其中，为第j簇的储层改造体积，为第j簇裂缝的裂缝体积，N为裂缝簇数，f表示裂缝。
根据各簇的所述储层改造体积计算平均储层改造体积。
根据各簇的所述储层改造体积和所述平均储层改造体积计算各簇改造体积标准差。
对所述初次压裂模拟，根据出现拉剪破坏的所述弹簧的两端节点的单位法向向量和储层初始应力，计算各簇诱导应力。
所述各簇诱导应力的表达式为：
其中，σh,w表示一个节点在h方向分量和w方向分量的三维坐标系的应力分量，h＝X，Y，Z；w＝X，Y，Z；X为最小水平主应力方向，Y为最大水平主应力方向，Z为上覆应力方向，为弹簧两端节点P在X方向的单位法向向量，为弹簧两端节点Q在X方向的单位法向向量，为弹簧两端节点P在Y方向的单位法向向量，弹簧两端节点Q在Y方向的单位法向向量，为弹簧两端节点P在Z方向的单位法向向量，为弹簧两端节点Q在Z方向的单位法向向量；σX，σY，σZ分别为输入的地层初始三向应力。
所述重复压裂效率的表达式为：
其中，ηrefrac为重复压裂效率，为重复压裂井总储层改造体积，为重复压裂井初次压裂后的总储层改造体积，为重复压裂注入压裂液体积。
本发明首先利用三维离散格子法模拟不同井间距与井斜角度下多水平井分段分簇初次压裂，预测多井压裂人工裂缝压裂窜扰井段位置、压裂诱导应力场大小、初次压裂储层孔隙压力大小。接着基于初次压裂模拟结果与现场监测资料展开储层动用潜能分析确定重复压裂施工井段。最后，导入储层孔隙压力数据与裂缝参数，利用三维离散格子法对目标井段进行不同重复压裂工艺下裂缝再扩展模拟，对比不同重复压裂工艺下重复压裂数值模拟结果，确定重复压裂工艺最优方案。本发明不仅能够一定程度缓和加密井井间窜扰引起的裂缝闭合与产能下降，还能最大限度挖掘储层剩余潜能。
本发明包括确定目标区块非常规油气藏储层的地质信息与岩石力学参数；获取非常规油气藏储层加密生产井轨迹坐标和分段压裂施工参数；利用三维离散格子法建立非常规油气藏储层模型与加密井筒模型，施加分段压裂施工参数后进行分段分簇多井初次压裂模拟，得到初次压裂数值模拟结果；通过不同井间距与井斜角度下的初次压裂模拟结果确定多井压裂人工裂缝压裂窜扰井段位置；利用监测资料与初次压裂模拟结果展开储层潜能分析确定重复压裂井段；基于三维离散格子法在分段分簇多井初次压裂模型中导入储层孔隙压力数据与裂缝参数，结合储层潜能分析确定的重复压裂施工井段，建立分段分簇多井重复压裂模型，进行不同重复压裂工艺下裂缝再扩展模拟；对比不同重复压裂工艺下重复压裂数值模拟结果，确定重复压裂工艺最优方案，能够一定程度缓和加密井井间窜扰引起的裂缝闭合与产能下降，还能最大限度挖掘储层剩余潜能。采用本发明的重复压裂工艺优化方法，在不同施工参数下，利用三维离散格子法进行分段分簇多井初次压裂与不同重复压裂工艺模拟，确定需要重压的的井段簇，对比不同重复压裂工艺下的裂缝再扩展数值模拟结果得出最优的重复压裂工艺方案，能够缓解加密井井间窜扰引起的裂缝闭合与产能下降，还能最大限度挖掘储层剩余潜能。
如图1所示，本发明提供重复压裂工艺优化方法在实际应用中的具体工作步骤，包括：
S1：确定目标区块非常规油气藏储层的地质信息与岩石力学参数；所述地质信息包括储层初始应力场最小水平主应力、最大水平主应力，上覆应力，孔隙压力；所述岩石力学参数包括储层岩石杨氏模量、泊松比、抗拉强度、抗剪强度、抗压强度；获取非常规油气藏储层加密生产井轨迹坐标，所述井轨迹坐标包括加密井群的垂直与测量深度、东西与南北坐标。现场井轨迹形式都是三维坐标点，将三维坐标点进行连线就可以对井轨迹可视化，在压裂模拟中，首先需要对井轨迹可视化，为了展示射孔位置和裂缝中心位置(井筒)；井轨迹和射孔的位置决定了压裂工区的井间距(相距最近射孔位置的距离)；井轨迹也包含了井斜角度，即井与最小水平应力的夹角，这决定了裂缝动态扩展的方向。
选取孔二段页岩储层进行示例分析，其中，如图2所示，其中，图2中的(a)为随纵向深度变化的井轨迹曲线侧视图；图2中的(b)为多井压裂井轨迹水平段俯视图，标记虚线框为可能发生窜扰的工区。利用井轨迹坐标数据可视化发现研究区域包含四口加密水平井，判断井筒间距较近两口水平井为可能发生压裂窜扰区域；如图3所示，模型几何尺寸为600m×300m×30m；储层分布有上下2.5m厚的盖层与中间25m厚的非均质储层。所述地质信息与岩石力学参数主要通过地球物理勘探和室内实验测试结果均一化处理后获得；以上可为研究页岩储层建模提供参数。
S2：根据所述非常规油气藏储层的地质信息与岩石力学参数建立非常规油气藏储层模型。具体为，利用三维离散格子法根据所述非常规油气藏储层的地质信息与岩石力学参数建立非常规油气藏储层模型；根据所述非常规油气藏储层加密生产井轨迹坐标和分段压裂施工参数在非常规油气藏储层模型中建立分段分簇多井初次压裂模型。
获取非常规油气藏储层加密生产井轨迹坐标和分段压裂施工参数；所述井轨迹坐标包括加密井群的垂直与测量深度、东西与南北坐标；所述压裂施工参数包括射孔测量深度、射孔孔数、射孔直径、泵注排量、泵注时间、簇数、簇间距、段数、段间距。所述加密生产井轨迹坐标和分段压裂施工参数由现场提供的压裂设计施工资料取得。所述地质信息与岩石力学参数主要通过地球物理勘探和室内实验测试结果获得。
S3：尝试对所述页岩储层模型和裂缝扩展模型设置不同井间距、井斜角度和相同压裂工艺施工参数，然后利用三维离散格子法进行分段分簇多井初次压裂模拟，得出不同井间距与井斜角度下分段分簇多井初次压裂数值模拟结果；压裂窜扰与加密井的距离以及井斜角度有关；所述井间距与井斜角度通过加密生产井轨迹坐标测算得到；所述初次分段分簇多井压裂数值模拟结果包括储层孔隙压力场，各簇裂缝几何形态(见S31弹簧格点在x、y、z方向发生的总三向位移)，各簇缝内压力(见S31各簇各流体单元的流体压力)，各簇平均破裂压力(见S31单段各簇注入点流体单元的流体压力随增量变化时的峰值平均值)、各簇诱导应力(见S38)、各簇改造体积(见S35即单簇弹簧格点三维位移的乘积)与标准差(见S37)、裂缝有效占比(见S34)。此步骤进行的是初次水利压裂数值模拟。首先的地质信息获取中已经有了初始的孔隙压力场，而在流体流动模型的流动压力增量计算即为孔隙压力场变化的值，因此模拟结束后的储层孔隙压力场即为初始孔隙压力场加上模拟变化的压力场叠加后的结果。
其中，S3具体包括：
S31：利用三维离散格子法展开初次水力压裂数值模拟，得到不同井间距与井斜角度下的分段分簇多井初次压裂数值模拟结果：以岩石颗粒为节点，以岩石颗粒之间的接触为节点间的弹簧；流体单元位于出现拉剪破坏的所述弹簧的中心，所述流体单元之间通过流体管道连接，构建出三维离散格子模型(包括力学模型、流动模型和流固耦合过程)。
所述三维离散格子法，该方法使用黏结颗粒模型将岩石颗粒简化成节点，弹簧来表示具有弹性特征的岩石接触面，光滑节理模型模拟射孔或滑套形成的起始簇及岩体中预存的不连续弱面。格点连接着带有法向刚度与剪切刚度的弹簧，弹簧的拉张剪切对应了岩石的拉剪。众多由弹簧连接的准随机分布节点组成格点弹簧网络，节理能够以任意方位放置其中，用以精确而高效的表征裂缝断裂。
三维离散格子法主要包含的数值模型有力学模型和流体流动模型，其中，力学模型和流体流动模型完全耦合模型，即存在流固耦合过程。
关于力学模型：
弹簧格点发生位移的速度由以下中心差分方程计算：
式中：和分别表示时间t时节点第i个分量(i＝1，2，3)的速度和位移；∑Fi表示作用在节点上所有i分量的合力；△t为时间步长；m为节点质量。表示在时间t作用在节点上所有i分量的合力，为时间时节点第i个分量(i＝1，2，3)的速度，为时间时节点第i个分量(i＝1，2，3)的速度，为时间时节点第i个分量(i＝1，2，3)的位移。
弹簧的剪切或拉伸破坏对应与岩石的剪切或拉伸破坏，力学模型中的微观弹簧与宏观岩体的抗拉剪强度对应关系为：
式中：FNmax与FSmax分别表示弹簧的断裂拉力与断裂剪力；at为抗拉强度校正系数；T与C分别表示宏观岩体抗拉强度与抗剪强度；R表示网格单元尺寸；μ表示摩擦系数；as为抗剪强度校正系数。
当弹簧法向应力大于抗拉强度(FN>FNmax)，或弹簧切向力大于抗剪强度(FS>FSmax)时，弹簧发生拉伸破坏或者剪切破坏。微裂缝在弹簧发生破坏之后形成，此时对应的破坏弹簧的法向力和切向力均为0，即FN＝0和FS＝0。
对于流体流动模型：
假定管宽与管长相等，流体沿管道从流体单元A到单元B的流量公式为：
kr＝s2(3-2s)
式中：q表示两个流体单元之间的流体流量；β为无量纲系数；kr表示相对渗透率；a表示裂缝宽度；μ表示流体黏度；PA和PB分别代表流体单元A和流体单元B处流体压力；ρw表示流体密度；g表示重力加速度；zA和zB分别表示节点A和B处的标高；kr表示相对渗透率；s表示含水饱和度。
利用力学模型和初始裂缝宽度去更新渗透率，渗透率和宽度可以更新流量，流量又能改变压强，压强会影响合力，之后影响到最终裂缝宽度(这整个过程就是流固耦合)。
显示计算方法被用以求解流动过程中随时间变化的流动演化模型，在流动时间步长△tf内，流体流动模型中的流动压力增量△P的计算公式为：
式中：△P为流动压力增量，Pa；表示显示流体弹性模量；V为节点的体积；qi表示与节点i连接的流体管道的流量。
对于流-固耦合过程，采用由Peter Cundall提出的机械不可压缩流体流-固耦合方法进行流体注入应力诱发裂缝或岩体中预存节理与岩石变形的耦合。这种方法通过岩石变形及初始裂缝宽度求解裂缝渗透率。受渗透率影响，流压作用于裂缝表面进而影响岩石变形。而岩石的变形又反过来导致裂缝宽度及流压变化，进而造成裂缝渗透率的变化。
S32：利用所述三维离散格子模型进行分段分簇多井初次压裂数值模拟，得到不同井间距与井斜角度下的初次分段分簇多井压裂数值模拟结果；所述三维离散格子模型包括固体力学模型和流体流动模型；所述固体力学模型和所述流体流动模型之间存在流固耦合过程。
具体的，步骤S32包括：
S321：对初次分段分簇压裂，在所述预设时间步长内，利用所述流体流动模型分别计算每一簇的注入压力，构建每一簇的泵注曲线；所述泵注曲线的横坐标为预设时间步长，纵坐标为每一簇在每一时间步长下对应的注入压力。
S322：确定每一所述泵注曲线的最高点，并根据每一所述最高点和簇数计算各簇平均破裂压力；所述泵注曲线的最高点为对应簇的破裂压力。
S323：对初次分段分簇压裂，在所述预设时间步长内，根据所述流体流动模型和所述流固耦合过程计算分段分簇初次压裂下各簇的最终裂缝宽度。
先计算初次压裂的，根据初次压裂结果确认需要再次压裂的位置(S4)。导入初次压裂的模拟结果进行二次压裂(重复压裂)模拟(S5)。
如图4所示，对于初次压裂模拟，改变了模型的纵向宽度与井筒间距，分别得到了300m、400m、500m井间距条件下的初次压裂后最终裂缝宽度。需要说明的是，数值模拟时，只是模型纵向宽度和井筒间距不同，其他压裂施工参数与计算数值模拟结果的方式相同。
由于力学模型和流体流动模型完全耦合，模型实现完全耦合。流体在应力诱导裂缝或预存在的天然裂缝中的流动受到渗透率影响，流体压力作用在岩石裂缝表面，影响岩石的变形和强度。而岩石的变形会导致裂缝中流体压力变化与宽度变化，进而导致裂缝渗透率发生变化。所以由于流固耦合过程，在泵注的过程中，流体压力和岩石变形相互影响，使得裂缝宽度也不断的变化，所以需要利用力学模型和初始裂缝宽度，再结合流固耦合过程不断的更新流体流动模型，最终计算泵注结束后的最终裂缝宽度。具体的，步骤S323包括：
S323-1：在第n时间步长下，利用所述流体流动模型计算n时间步长对应的裂缝宽度；n＝1，2，...，H。
S323-2：根据所述n时间步长对应的裂缝宽度调整n时间步长所述流固耦合过程，并根据所述n时间步长所述流固耦合过程更新所述流体流动模型。
S323-3：利用更新的流体流动模型计算n+1时间步长对应的裂缝宽度。
S323-4：当n+1为预设时间步长值，则所述n+1时间步长对应的裂缝宽度为最终裂缝宽度。
S323-5：当n+1小于预设时间步长值H时，则令n＝n+1，返回步骤S323-1。
S34：根据各簇的所述最终裂缝宽度计算裂缝体积，并根据所述裂缝体积计算压裂有效裂缝占比。
所述压裂有效裂缝占比计算表达式为：
式中，为第j簇裂缝的裂缝体积；当压裂裂缝体积大于理想裂缝体积(裂缝总体积除以裂缝簇数N)的70％时，裂缝为有效裂缝。
当确认裂缝是否为有效裂缝后，则能够进一步确定压裂有效裂缝的占比。
S35：根据各簇的所述裂缝体积计算各簇的储层改造体积。
所述储层改造体积的表达式为：
表示第j簇的储层改造体积。
S36：根据各簇的所述储层改造体积计算平均储层改造体积。
各簇的所述储层改造体积之和除以簇数则为平均储层改造体积。
S37：根据各簇的所述储层改造体积和储层改造体积均值计算各簇改造体积标准差。
所述改造体积标准差的表达式为：
式中，是各簇裂缝的储层改造体积均值。
平均储层改造体积、压裂裂缝有效率(占比)和各簇改造体积标准差是基于裂缝几何形态求解得到的，裂缝几何形态可通过力学模型、流体模型及耦合后计算所得的三向位移坐标点可视化得到。
S38：对所述初次压裂模拟，根据出现拉剪破坏的所述弹簧两端节点的单位法向向量和储层初始应力，计算各簇诱导应力。
具体表达式为：
式中：σh,w表示一个节点在h方向分量(h＝X，Y，Z)和w方向分量(w＝X，Y，Z)的三维坐标系的应力分量；节点的单位法向向量nh X＝(uh X-uh Y)/|uh X-uh Y|(即两节点在X,Y,Z方向位移矢量uh X，uh Y，uz Z与对应相切方向的位移矢量之差比上其绝对值)；表示弹簧两端节点P和Q分别在X,Y,Z方向的单位法向向量的点乘(投影)；σX,σY,σZ为输入的地层初始三向应力。
依据上述的表达式可以计算出流固耦合过程中每个节点的应力分量σh,w，根据各簇裂缝形成具体位置处的出现拉剪破坏的弹簧两端节点的单位法向向量和储层初始应力即可得出各簇压裂诱导应力场。
S4：通过多井沟通裂缝与附近裂缝几何形态与缝内压力异常变化确定多井压裂人工裂缝压裂窜扰段位置，发生压裂窜扰井段即为重复压裂候选井段。
S5：通过初次压裂模拟结果中各簇裂缝几何形态、有效裂缝占比结合现场微地震监测结果验证裂缝参数，并利用多井分段压裂裂缝分布展开储层潜能分析。如图5所示，通过裂缝横向展布找到具有改造潜力的区域(井间剩余潜力、段间剩余潜力、簇间剩余潜力、原簇低动用潜力)，具有改造潜力的区域的重复压裂候选即为实施不同重复压裂工艺的重复压裂数值模拟的井段。
利用监测资料与初次压裂模拟结果对候选井展开储层潜能分析；所述监测资料为微地震事件位置，所述初次压裂模拟结果为储层孔隙压力场、各簇裂缝几何形态、各簇改造体积与标准差、裂缝有效占比。
S6：在压前初次压裂模型中导入分段分簇多井初次压裂数值模拟结果中的储层孔隙压力与裂缝数据，利用三维离散格子法进行不同重复压裂工艺下裂缝再扩展模拟以获得重复压裂模拟结果；所述重复压裂数值模拟结果包括重复压裂效率、重复压裂平均破裂压力、重复压裂改造体积标准差、重复压裂有效裂缝占比。如图6所示，重复压裂泵注结束后，不同重复压裂工艺条件下的压裂总储层改造体积、重复压裂效率对比。如图7所示，重复压裂泵注结束后，不同重复压裂工艺条件下的平均破裂压力、有效裂缝占比。将这些模拟结果综合起来得出一个最优的针对加密井裂缝窜扰下的重复压裂工艺方案。
通过S4可以得到S5需要的参数及井间窜扰的信息(即井间剩余的潜力)及窜扰造成的段簇改造不均匀(即段间剩余潜力、簇间剩余潜力)，通过S5确定的重复压裂施工位置即可进行S6，评价不同重复压裂工艺的改造效果，确认最终的优化方案，涉及到需要三维离散格子法模拟的时候，即需要考虑数值方法中的模型及各个参数的计算方法，即为S3，具体为，压裂施工需要位置信息，在初次压裂的时候分段分簇设计包括射孔位置，二次压裂在初次压裂不好的地方，S4所确定的是重复压裂的井和段，S5确定的是簇和射孔位置。
基于三维离散格子法在分段分簇多井初次压裂模型中导入储层孔隙压力数据与裂缝参数，结合储层潜能分析确定重复压裂施工井段，建立分段分簇多井重复压裂模型，进行不同重复压裂工艺下裂缝再扩展模拟；所述储层孔隙压力数据根据初次压裂数值模拟结果中储层孔隙压力场获得；所述裂缝参数根据初次压裂数值模拟结果中各簇裂缝几何形态、各簇改造体积与标准差、裂缝有效占比获得；所述不同重复压裂工艺包括老缝延长、暂堵延长、无封堵下同层压新缝、机械封堵下同层压新缝、人工暂堵下同层压新缝；对比不同重复压裂工艺下重复压裂数值模拟结果，确定重复压裂工艺最优方案。
本发明还具有以下优点：
(1)针对非常规油气藏储层，研究加密井压裂施工裂缝扩展发生的窜扰规律，通过数值模拟方法研究井间距、井斜角度对井间干扰时裂缝扩展与缝内压力的影响，为非常规油气藏储层加密布井与高产稳产提供指导。
(2)针对非常规油气藏储层加密水平井，开展多井分段分簇初次压裂研究，导入储层孔隙压裂场与裂缝参数，进行裂缝再扩展数值模拟，深化重复压裂裂缝再扩展与造新缝规律理解，为非常规油气藏储层水平井低成本重复压裂、高效率储层改造提供理论支撑。
(3)针对非常规油气藏储层加密水平井，研究压裂窜扰条件下不同重复压裂工艺(包含：起始裂缝开度、级数与级间距、泵注排量及压裂液黏度)下的重复压裂效率与破裂压力差异性的原因，为重复压裂工艺方案优化提供有利依据。
本发明还提供一种重复压裂工艺优化系统，包括：
获取模块，用于获取目标区块非常规油气藏储层的地质信息与岩石力学参数；所述地质信息包括储层初始应力场最小水平主应力、最大水平主应力、上覆应力和孔隙压力；所述岩石力学参数包括储层岩石杨氏模量、泊松比、抗拉强度、抗剪强度和抗压强度。
建立模块，用于根据所述地质信息和所述岩石力学参数建立非常规油气藏储层模型。
分段分簇多井初次压裂模块，用于对所述非常规油气藏储层模型的页岩储层模型施加不同井间距与井斜角度下的压力工艺施工参数，利用三维离散格子法建立分段分簇多井初次压裂模型，并获取不同井间距与井斜角度下的分段分簇多井初次压裂数值模拟结果；所述分段分簇多井初次压裂数值模拟结果包括各簇平均破裂压力、各簇诱导应力、各簇的储层改造体积、各簇改造体积标准差以及裂缝有效占比。
不同重复压裂工艺下裂缝再扩展模拟模块，用于根据所述分段分簇多井初次压裂模型和所述不同井间距与井斜角度下分段分簇多井初次压裂数值模拟结果，利用三维离散格子法进行不同重复压裂工艺下裂缝再扩展模拟，得到重复压裂模拟结果；所述重复压裂模拟结果包括重复压裂效率、重复压裂平均破裂压力、重复压裂改造体积标准差和重复压裂有效裂缝占比。
优化方案确定模块，用于根据所述重复压裂模拟结果确定重复压裂工艺的优化方案。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (8)
1.一种重复压裂工艺优化方法，其特征在于，包括：
获取目标区块非常规油气藏储层的地质信息与岩石力学参数；所述地质信息包括储层初始应力场最小水平主应力、最大水平主应力、上覆应力和孔隙压力；所述岩石力学参数包括储层岩石杨氏模量、泊松比、抗拉强度、抗剪强度和抗压强度；
根据所述地质信息和所述岩石力学参数建立非常规油气藏储层模型；
根据所述非常规油气藏储层模型的页岩储层模型利用三维离散格子法建立分段分簇多井初次压裂模型并根据所述分段分簇多井初次压裂模型确定不同井间距与井斜角度下的分段分簇多井初次压裂数值模拟结果；所述页岩储层模型为施加不同井间距与井斜角度下的压力工艺施工参数的非常规油气藏储层模型的页岩储层模型；所述分段分簇多井初次压裂数值模拟结果包括各簇平均破裂压力、各簇诱导应力、各簇的储层改造体积、各簇改造体积标准差以及裂缝有效占比；
根据所述分段分簇多井初次压裂模型和所述不同井间距与井斜角度下分段分簇多井初次压裂数值模拟结果，利用三维离散格子法进行不同重复压裂工艺下裂缝再扩展模拟，得到重复压裂模拟结果；所述重复压裂模拟结果包括重复压裂效率、重复压裂平均破裂压力、重复压裂改造体积标准差和重复压裂有效裂缝占比；
根据所述重复压裂模拟结果确定重复压裂工艺的优化方案。
2.根据权利要求1所述的重复压裂工艺优化方法，其特征在于，根据所述非常规油气藏储层模型的页岩储层模型利用三维离散格子法建立分段分簇多井初次压裂模型，具体包括：
以所述页岩储层模型的岩石颗粒为节点，以所述岩石颗粒之间的接触为节点间的弹簧，构建三维离散格子模型；所述三维离散格子模型包括固体力学模型和流体流动模型；所述固体力学模型和所述流体流动模型之间存在流固耦合过程；
利用所述三维离散格子模型建立分段分簇多井初次压裂模型。
3.根据权利要求2所述的重复压裂工艺优化方法，其特征在于，根据所述分段分簇多井初次压裂模型确定不同井间距与井斜角度下的分段分簇多井初次压裂数值模拟结果，具体包括：
对初次分段分簇压裂，在预设时间步长内利用所述流体流动模型构建每一簇的泵注曲线；所述泵注曲线的横坐标为预设时间步长，所述泵注曲线的纵坐标为每一簇在每一设定时间步长下对应的注入压力；
根据所述泵注曲线的最高点和簇数计算各簇平均破裂压力；所述泵注曲线的最高点为对应簇的破裂压力；
对初次分段分簇压裂，在所述预设时间步长内，根据所述流体流动模型和所述流固耦合过程计算水力压裂下各簇的最终裂缝宽度；
根据各簇的所述最终裂缝宽度计算裂缝体积，并根据所述裂缝体积计算裂缝有效占比；
根据各簇的所述裂缝体积计算各簇的储层改造体积；
根据各簇的所述储层改造体积计算平均储层改造体积；
根据各簇的所述储层改造体积和所述平均储层改造体积计算各簇改造体积标准差；
对所述初次压裂模拟，根据出现拉剪破坏的所述弹簧的两端节点的单位法向向量和储层初始应力，计算各簇诱导应力。
4.根据权利要求3所述的重复压裂工艺优化方法，其特征在于，所述裂缝有效占比的表达式为：
其中，为第j簇裂缝的裂缝体积，N为裂缝簇数，f表示裂缝。
5.根据权利要求3所述的重复压裂工艺优化方法，其特征在于，所述储层改造体积的表达式为：
其中，为第j簇的储层改造体积，为第j簇裂缝的裂缝体积，N为裂缝簇数，f表示裂缝。
6.根据权利要求3所述的重复压裂工艺优化方法，其特征在于，所述各簇诱导应力的表达式为：
其中，σh,w表示一个节点在h方向分量和w方向分量的三维坐标系的应力分量，h＝X，Y，Z；w＝X，Y，Z；X为最小水平主应力方向，Y为最大水平主应力方向，Z为上覆应力方向，为弹簧两端节点P在X方向的单位法向向量，为弹簧两端节点Q在X方向的单位法向向量，为弹簧两端节点P在Y方向的单位法向向量，弹簧两端节点Q在Y方向的单位法向向量，为弹簧两端节点P在Z方向的单位法向向量，为弹簧两端节点Q在Z方向的单位法向向量；σX，σY，σZ分别为输入的地层初始三向应力。
7.根据权利要求1所述的重复压裂工艺优化方法，其特征在于，所述重复压裂效率的表达式为：
其中，ηrefrac为重复压裂效率，为重复压裂井总储层改造体积，为重复压裂井初次压裂后的总储层改造体积，为重复压裂注入压裂液体积。
8.一种重复压裂工艺优化系统，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取目标区块非常规油气藏储层的地质信息与岩石力学参数；所述地质信息包括储层初始应力场最小水平主应力、最大水平主应力、上覆应力和孔隙压力；所述岩石力学参数包括储层岩石杨氏模量、泊松比、抗拉强度、抗剪强度和抗压强度；
建立模块，用于根据所述地质信息和所述岩石力学参数建立非常规油气藏储层模型；
分段分簇多井初次压裂模块，用于根据所述非常规油气藏储层模型的页岩储层模型利用三维离散格子法建立分段分簇多井初次压裂模型并根据所述分段分簇多井初次压裂模型确定不同井间距与井斜角度下的分段分簇多井初次压裂数值模拟结果；所述页岩储层模型为施加不同井间距与井斜角度下的压力工艺施工参数的非常规油气藏储层模型的页岩储层模型；所述分段分簇多井初次压裂数值模拟结果包括各簇平均破裂压力、各簇诱导应力、各簇的储层改造体积、各簇改造体积标准差以及裂缝有效占比；
不同重复压裂工艺下裂缝再扩展模拟模块，用于根据所述分段分簇多井初次压裂模型和所述不同井间距与井斜角度下分段分簇多井初次压裂数值模拟结果，利用三维离散格子法进行不同重复压裂工艺下裂缝再扩展模拟，得到重复压裂模拟结果；所述重复压裂模拟结果包括重复压裂效率、重复压裂平均破裂压力、重复压裂改造体积标准差和重复压裂有效裂缝占比；
优化方案确定模块，用于根据所述重复压裂模拟结果确定重复压裂工艺的优化方案。
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