水力壓裂裂縫延伸過程的模擬方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及石油天然氣開發(fā)領(lǐng)域，尤其涉及一種水力壓裂裂縫延伸過程的模擬方法，該可用于低滲儲層水力壓裂增產(chǎn)。
【背景技術(shù)】
[0002]受控于水力壓裂工程尺度大、地層復(fù)雜、不可透視性等特征的限制，數(shù)值模擬成為一種研究水力壓裂技術(shù)的常用方法。目前，隨著低滲致密儲層油氣資源開發(fā)規(guī)模的不斷加大，人們對低滲致密儲層壓裂增產(chǎn)方法進(jìn)行了廣泛深入的研究。實踐證明，水力壓裂技術(shù)是一種適用于低滲致密儲層增產(chǎn)的技術(shù)。如果要研究低滲致密儲層的水力壓裂增產(chǎn)機理，就要對水力壓裂裂縫延伸過程進(jìn)行模擬分析與數(shù)值表征。
[0003]然而，低滲致密儲層存在孔隙度低、孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜、砂體連通性差、非均勻性嚴(yán)重、壓裂裂縫裂面極不規(guī)則、易產(chǎn)生多裂縫及大規(guī)模改造難度等缺點。諸多因素使得壓裂裂縫設(shè)計和數(shù)值模擬更加復(fù)雜、更具挑戰(zhàn)性。
[0004]對于壓裂裂縫起裂與延伸過程的表征，既要考慮地質(zhì)力學(xué)模型的實際尺度(通常為幾百米，甚至達(dá)千米級別)，又要對模型中巖體內(nèi)的局部天然缺陷(例如層理、裂隙、斷層、巖體損傷局部化)及演化模式(例如裂縫在長、寬、高三個方向上的延伸，包括轉(zhuǎn)向、分叉、穿層等復(fù)雜的幾何形貌)進(jìn)行精確表征。雖然目前已有方法可以模擬壓裂裂縫，但現(xiàn)有模擬方法在解題規(guī)模、計算效率及計算精度等方面都是達(dá)不到應(yīng)用要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供一種水力壓裂裂縫延伸過程的模擬方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的一項或多項缺失。
[0006]本發(fā)明提供一種水力壓裂裂縫延伸過程的模擬方法，所述方法包括:根據(jù)待模擬地層的地質(zhì)條件及壓裂施工特征建立儲層巖體力學(xué)模型，所述儲層巖體力學(xué)模型由多個細(xì)觀單元體組成；在所述儲層巖體力學(xué)模型的壓裂射孔點的位置設(shè)置施工壓力，并設(shè)置所述儲層巖體力學(xué)模型的應(yīng)力邊界條件；對所述儲層巖體力學(xué)模型進(jìn)行數(shù)值計算，得到水力壓裂裂縫數(shù)據(jù)及水力壓裂裂縫圖像。
[0007]—個實施例中，根據(jù)待模擬地層的地質(zhì)條件及壓裂施工特征建立儲層巖體力學(xué)模型，包括:通過分析待模擬地層的地質(zhì)條件及壓裂施工特征得到實際水力壓裂模型；根據(jù)所述實際水力壓裂模型概化出所述儲層巖體力學(xué)模型，并設(shè)定所述儲層巖體力學(xué)模型的幾何尺寸；將所述儲層巖體力學(xué)模型離散成力學(xué)性質(zhì)隨機分布的所述細(xì)觀單元體；設(shè)定所述儲層巖體力學(xué)模型的巖體質(zhì)量力學(xué)參數(shù)；設(shè)置所述儲層巖體力學(xué)模型的井筒位置及所述壓裂射孔點的位置。
[0008]—個實施例中，所述應(yīng)力邊界條件中的應(yīng)力包括彼此相互垂直的垂直方向地應(yīng)力、最大水平方向地應(yīng)力、最小水平方向地應(yīng)力。
[0009]—個實施例中，所述儲層巖體力學(xué)模型的幾何尺寸包括在X軸、Y軸及Z軸方向上的尺寸。
[0010]一個實施例中，設(shè)置所述儲層巖體力學(xué)模型的應(yīng)力邊界條件，包括:在所述儲層巖體力學(xué)模型的六個面分別設(shè)置應(yīng)力，用以表征實際壓裂工程或壓裂模型實驗中的最小水平地應(yīng)力、最大水平地應(yīng)力及垂直方向地應(yīng)力，所述最小水平地應(yīng)力、最大水平地應(yīng)力及垂直方向地應(yīng)力分別與所述X軸、Y軸及Z軸平行，并指向所述壓裂射孔點的位置。
[0011]一個實施例中，所述對所述儲層巖體力學(xué)模型進(jìn)行數(shù)值計算，得到水力壓裂裂縫數(shù)據(jù)及水力壓裂裂縫圖像，包括:根據(jù)所述儲層巖體力學(xué)模型計算各所述細(xì)觀單元體的應(yīng)力；根據(jù)所述細(xì)觀單元體的應(yīng)力識別出被破壞的細(xì)觀單元體；對所述被破壞的細(xì)觀單元體進(jìn)行退化剛度及涂黑處理，退化剛度及涂黑后的細(xì)觀單元體相互連通形成水力壓裂裂縫模型；根據(jù)所述水力壓裂裂縫模型讀取得到所述水力壓裂裂縫數(shù)據(jù)及所述水力壓裂裂縫圖像。
[0012]—個實施例中，所述巖體質(zhì)量力學(xué)參數(shù)包括密度、彈性模量、抗剪強度、抗拉強度、泊松比、內(nèi)摩擦角、孔隙率、滲透率。
[0013]一個實施例中，所述施工壓力包括所述壓裂射孔點處的施工排量。
[0014]一個實施例中，所述水力壓裂裂縫數(shù)據(jù)包括裂縫起裂壓力、裂縫縫長、裂縫縫寬、
裂縫縫高。
[0015]—個實施例中，所述實際水力壓裂模型為實際壓裂工程或壓裂模型實驗中的水力壓裂模型。
[0016]—個實施例中，所有所述細(xì)觀單元體的力學(xué)性質(zhì)符合正太分布或韋泊分布。
[0017]本發(fā)明實施例的水力壓裂裂縫延伸過程的模擬方法，針對水力壓裂裂縫大尺度、大埋深的特點，通過將儲層巖體力學(xué)模型離散成力學(xué)性質(zhì)隨機分布的細(xì)觀單元體，通過細(xì)觀單元體的破壞信息獲取壓裂烈性的多種信息，可規(guī)避現(xiàn)有技術(shù)中壓裂裂縫擴展過程中模型網(wǎng)格需不斷重新剖分的問題。本發(fā)明實施例通過同時考慮拉伸、剪切破壞作用，并以細(xì)觀單元體網(wǎng)格單元材料特性退化來表征裂縫單元，可同時實現(xiàn)對巖體非均勻性表征。因此可對壓裂裂縫沿最小阻抗而自由選擇路徑、自由擴展做出三維表征，從而實現(xiàn)復(fù)雜、非平面裂縫的精細(xì)表征。
【附圖說明】
[0018]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。在附圖中:
[0019]圖1是本發(fā)明實施例的水力壓裂裂縫延伸過程的模擬方法的流程示意圖；
[0020]圖2是本發(fā)明一實施例中建立儲層巖體力學(xué)模型方法的流程圖；
[0021]圖3是本發(fā)明一實施例中水力壓裂裂縫數(shù)據(jù)及圖像獲得方法的流程示意圖；
[0022]圖4是本發(fā)明一實施例中的儲層巖體力學(xué)模型的幾何結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖5是圖4中的儲層巖體力學(xué)模型的剖視示意圖；
[0024]圖6是圖4中的儲層巖體力學(xué)模型設(shè)置應(yīng)力邊界條件的示意圖；
[0025]圖7是圖6中的儲層巖體力學(xué)模型在施加水壓之前的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖8是圖6中的儲層巖體力學(xué)模型在施加水壓之后的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖9至圖11是圖8中的壓裂裂縫生成過程中的形態(tài)示意圖。
【具體實施方式】
[0028]為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明實施例做進(jìn)一步詳細(xì)說明。在此，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，但并不作為對本發(fā)明的限定。
[0029]圖1是本發(fā)明實施例的水力壓裂裂縫延伸過程的模擬方法的流程示意圖。如圖1所示，水力壓裂裂縫延伸過程的模擬方法，包括步驟:
[0030]SlOl:根據(jù)待模擬地層的地質(zhì)條件及壓裂施工特征建立儲層巖體力學(xué)模型，所述儲層巖體力學(xué)模型由多個細(xì)觀單元體組成；
[0031]S102:在所述儲層巖體力學(xué)模型的壓裂射孔點的位置設(shè)置施工壓力，并設(shè)置所述儲層巖體力學(xué)模型的應(yīng)力邊界條件；
[0032]S103:對所述儲層巖體力學(xué)模型進(jìn)行數(shù)值計算，得到水力壓裂裂縫數(shù)據(jù)及水力壓裂裂縫圖像。
[0033]本發(fā)明實施例的水力壓裂裂縫延伸過程的模擬方法，可以根據(jù)任意復(fù)雜儲層條件，建立壓裂巖體力學(xué)模型。因為該儲層巖體力學(xué)模型可由許多精細(xì)的細(xì)觀單元體組成，所以無需二次剖分或加密模擬網(wǎng)格，即可清晰的顯示出水力壓裂裂縫的延伸過程。
[0034]本發(fā)明實施例中，上述施工壓力可包括該壓裂射孔點處的水壓及/或施工排量，以對壓裂儲層力學(xué)模型的巖體。
[0035]圖2是本發(fā)明一實施例中建立儲層巖體力學(xué)模型方法的流程圖。如圖2所示，在如圖1所示的水力壓裂裂縫延伸過程的模擬方法的步驟SlOl中，根據(jù)待模擬地層的地質(zhì)條件及壓裂施工特征建立儲層巖體力學(xué)模型的方法，可以包括步驟:
[0036]S201:通過分析待模擬地層的地質(zhì)條件及壓裂施工特征得到實際水力壓裂模型；
[0037]S202:根據(jù)所述實際水力壓裂模型概化出所述儲層巖體力學(xué)模型，并設(shè)定所述儲層巖體力學(xué)模型的幾何尺寸；
[0038]S203:將所述儲層巖體力學(xué)模型離散成力學(xué)性質(zhì)隨機分布的所述細(xì)觀單元體；
[0039]S204:設(shè)定所述儲層巖體力學(xué)模型的巖體質(zhì)量力學(xué)參數(shù)；
[0040]S205:設(shè)置所述儲層巖體力學(xué)模型的井筒位置及所述壓裂射孔點的位置。
[0041]在上述步驟S201中，該實際水力壓裂模型可以是實際壓裂工程或壓裂模型實驗中的水力壓裂模型，以對各種不同實際水力壓裂過程進(jìn)行模擬，從而知道實際壓裂工程或壓裂模型實驗的開展。
[0042]在上述步驟S202中，確定儲層巖體力學(xué)模型的幾何尺寸時，對于用于壓裂模型實驗的室內(nèi)實驗?zāi)Ｐ?，儲層巖體力學(xué)模型的幾何尺寸可選擇在Im的尺度級別；對于現(xiàn)場實際壓裂工程，儲層巖體力學(xué)模型的幾何尺寸可選擇在500m的尺度級別。儲層巖體力學(xué)模型的具體尺寸可視需要而定。
[0043]在上述步驟S203中，該細(xì)觀單元體的力學(xué)性質(zhì)隨機分布，例如，這些細(xì)觀單元體的力學(xué)性質(zhì)可符合正太分布或韋泊分布，從而可使更符合巖層力學(xué)性質(zhì)分布的實際情況。
[0044]本發(fā)明各實施例中，該儲層巖體力學(xué)模型的巖體質(zhì)量力學(xué)參數(shù)可包括密度、彈性模量、抗剪強度、抗拉強度、泊松比、內(nèi)摩擦角、孔隙率、滲透率等，以建立力學(xué)性質(zhì)與實際壓裂過程一致的儲層巖體力學(xué)模型。
[0045]本發(fā)明各實施例中，可在儲層巖體力學(xué)模型上所設(shè)置多種應(yīng)力作為上述應(yīng)力邊