一种基于嵌入式离散裂缝模型的多缝压裂液滤失分析方法与流程

本发明涉及致密砂岩储层改造领域，具体涉及一种基于嵌入式离散裂缝模型的多缝压裂液滤失分析方法。

背景技术：

1、致密砂岩储层具有低孔、低渗、低压特征，通常需要进行储层改造来实现效益开发。目前，水平井段内多缝压裂技术是应对致密砂岩储层高效开发的主要手段，通过注入压裂液压开多条水力裂缝，加以支撑剂充填提供导流能力，从而建立储层到井筒间的流动通道。然而，在形成人工裂缝的同时，由于缝内压力高于地层压力，压裂液会在压差作用下不可避免地向地层滤失。一方面，压裂液滤失导致液体效率降低，从而减小裂缝几何尺寸；另一方面，压裂液滤失容易对储层造成伤害，尤其是对于低孔、低渗、低压的致密砂岩储层，导致后期排液困难、产量不高。因此，有必要对压裂过程中的压裂液滤失体积进行表征，从而分析工作液体效率和储层伤害程度。

2、中国石油化工股份有限公司江汉油田分公司石油工程技术研究院的张炜、肖佳林、易招波、高婷、刘湘、黎琴等提出的《一种粗糙天然裂缝压裂液滤失测试方法》，专利受理号：2021112265520，将目标油田施工现场的露头进行人工钻取得到柱状体岩芯；对柱状体岩芯进行处理，再通过人工剖缝的方式对柱状体岩芯进行人工造缝；对柱状体岩芯的裂缝进行扫描得到柱状体岩芯的裂缝剖面图；计算每个裂缝面的表面粗糙度；将造缝后的柱状体岩芯进行驱替实验；根据滤失时间、滤失的累计滤失量做滤失量与时间平方根关系图；根据滤失量与时间平方根关系图得到滤失量与时间的平方根的线性关系式以及该直线的斜率、截距；根据岩芯的横截面积、该直线的斜率、截距计算得到滤失系数、滤失速度和初滤失量。该发明能够准确的得到天然裂缝中压裂液的滤失规律，为后续现场施工时进行的水力压裂提供基础，但该发明尚不能够实现致密砂岩储层水平井段内多缝压裂技术的压裂液滤失表征。

3、现有技术存在的问题如下：

4、现有滤失分析方法不能够实现致密砂岩储层水平井段内多缝压裂技术的压裂液滤失表征，无法真实反映压裂过程中压裂液的滤失情况，从而失去对致密砂岩储层段内多缝压裂过程中的滤失作用分析。

技术实现思路

1、本技术所要解决的技术问题是现有滤失分析方法不能够实现致密砂岩储层水平井段内多缝压裂技术的压裂液滤失表征，无法真实反映压裂过程中压裂液的滤失情况，目的在于提供一种基于嵌入式离散裂缝模型的多缝压裂液滤失分析方法，解决了现有滤失分析方法无法分析对致密砂岩储层段内多缝压裂过程中的滤失作用的问题。

2、本技术通过下述技术方案实现：

3、一种基于嵌入式离散裂缝模型的多缝压裂液滤失分析方法，包括以下步骤：

4、s1、收集井段中的储层参数和压裂施工参数；其中，压裂施工参数包括簇数和施工排量，所述簇数对应形成的主裂缝的条数n；

5、s2、基于pkn裂缝延伸模型，分别建立n条主裂缝的宽度模型；其中，pkn裂缝延伸模型中的岩石力学参数由所述储层参数和所述压裂施工参数提供；

6、s3、根据每条主裂缝的宽度模型，对所述施工排量分配到n条主裂缝的压裂液流量进行计算，建立裂缝关系模型；其中，所述裂缝关系模型包括n条主裂缝自身内部的缝内压力模型以及主裂缝与多裂缝的关系模型，所述n条主裂缝的压裂液流量之和等于所述施工排量；

7、s4、根据n条主裂缝的压降方程，分别对每条主裂缝渗入进地层的压裂液进行计算，分别建立n条主裂缝与地层的渗流模型；

8、s5、根据n条主裂缝与地层的渗流模型，对压裂液渗入进地层之后引起的地层内压力变化进行计算，建立地层内两相渗流模型；

9、s6、根据所述裂缝关系模型、所述裂缝与地层的渗流模型和所述地层内两相渗流模型模拟地层实际情况和裂缝真实延伸状态，建立裂缝延伸、压裂液滤失的边界条件和初始条件；

10、s7、基于步骤s6中的边界条件和初始条件，将步骤s2中主裂缝与多裂缝的关系模型代入n条主裂缝自身内部的缝内压力模型和n条主裂缝与地层的渗流模型中，通过压裂过程中形成的n条主裂缝的压裂液流量和施工中的压裂液总流量质量守恒定律建立以裂缝宽度和地层压力为未知数的关于多裂缝的非线性方程组；

11、s8、基于嵌入式离散裂缝模型，对步骤s7中的非线性方程组进行计算，求得多裂缝压裂液的滤失量和滤失速度。

12、在上述技术方案中，通过压裂液的滤失量和滤失速度来分析裂缝的压裂液滤失程度，通过建立n条主裂缝和多条裂缝之间的关系，可以同时分析致密砂岩段内多缝压裂液滤失程度。

13、其中，收集井段中的储层参数和压裂施工参数可以得到后续步骤中要使用的参数，也可以得到压裂施工过程中所形成的主裂缝的条数。根据主裂缝的条数选择较成熟的裂缝扩展软件模型pkn裂缝延伸模型对每条裂缝进行建模得出每条裂缝的宽度模型，pkn裂缝延伸模型具有现场操作实施简便，模拟结果清晰简单，而其参数可依据对井段中的储层参数和压裂施工参数进行收集和/或计算得出。

14、首先对裂缝建立关系模型，得到了裂缝的形态和缝内压力以便于后续寻找裂缝与地层的关系。其中，通过质量守恒定律建立主裂缝与多裂缝之间的关系可以得到裂缝的形态，可以通过压裂液的流量建立主裂缝与多裂缝的关系式，可在后续步骤中通过主裂缝与多裂缝的关系式将n条主裂缝的模型转化成多裂缝的模型，以满足对多裂缝压裂液滤失分析的要求。其中，n条主裂缝分配到的压裂液的流量之和等于施工排量。在水力压裂过程中，压裂液进入到裂缝中，从而导致不同裂缝宽度的裂缝的缝内压力不同，建立每条主裂缝的压降方程便于后续建立压裂液渗入地层过程中，裂缝与地层之间的关系。

15、然后，基于裂缝产生后，压裂液层细缝中渗入进地层中，分别建立n条主裂缝与地层之间的渗流模型。渗流模型包括压裂液的滤失量、滤失速度和滤失流通系数。而通过对压裂液的滤失量以及滤失速度可以对裂缝压裂液滤失情况进行分析。

16、压裂液渗入进地层之后改变了地层内部的压力，在对裂缝压裂液滤失情况进行分析时需要考虑地层内部的压力，更加真实合理地反映压裂过程中压裂液的滤失情况，故基于裂缝模型、裂缝与地层之间的渗流模型建立地层内的两相渗流模型。

17、根据步骤s3～步骤s5中的裂缝模型、裂缝与地层之间的渗流模型以及地层内的两相渗流模型，可以得出地层的实际情况以及裂缝真实延伸状态。基于地层的实际情况和裂缝真实延伸状态，可以建立裂缝延伸、压裂液滤失的边界条件和初始条件，使得模型更贴近于压裂过程中的真实情况。上述的边界条件和初始条件可应用于每条主裂缝。

18、在裂缝延伸、压裂液滤失的边界条件和初始条件下，联立步骤s3～步骤s5中的裂缝模型、裂缝与地层之间的渗流模型以及地层内的两相渗流模型，将步骤s2中主裂缝与多裂缝的关系模型代入每条主裂缝自身内部的缝内压力模型和每条主裂缝与地层的渗流模型中，通过压裂过程中形成的每条主裂缝的压裂液流量和施工中的压裂液总流量质量守恒定律可以建立一个以裂缝宽度和地层压力为未知数的关于多条裂缝的非线性方程。基于嵌入式离散裂缝模型可以求得的多裂缝的滤失量和滤失速度，通过多裂缝的滤失量和滤时速度可以用来分析致密砂岩段内多裂缝压裂液滤失程度。

19、在一种可选实施例中，步骤s2中基于pkn裂缝延伸模型假设裂缝截面形态为椭圆形，得到的主裂缝裂缝宽度模型为：

20、

21、其中，wf,k为裂缝宽度，t为压裂施工时间，hf为裂缝高度，xf为缝内细缝处到缝口的距离，e为地层杨氏模量，v为泊松比，pf,k(xf,t)为缝内压力，σn为最小水平主应力。

22、在一种可选实施例中，步骤s3中主裂缝和多裂缝的关系基于水力压裂过程中的物质平衡方程，同时考虑所述裂缝截面形态为椭圆形，建立主裂缝和多裂缝的质量守恒方程为：

23、

24、

25、

26、其中，qk为第k条裂缝内的流量，vl,k为滤失速度，q为施工排量，k用于表示主裂缝的标号。

27、在一种可选实施例中，步骤s3中裂缝截面形态为椭圆形，基于椭圆管内的流体流动压降是平行板间流动压降的16/3倍，得到主裂缝的缝内降压方程为：

28、

29、其中，μl为压裂液粘度。

30、在一种可选实施例中，步骤s4中裂缝与地层的渗流模型包括滤失量、滤失速度和滤失流通系数，滤失量、滤失速度、滤失流通系数计算方程式分别为：

31、ql,k(xf,t)＝tfm,k(xf,t)(pf,k(xf,t)-pml(x,y,t))         (6)

32、

33、

34、其中，ql,k为第k条裂缝的滤失体积，e为地层杨氏模量，pml为储层内液相地层压力，afm,k为裂缝避免接触面积，kfm,k为裂缝与地层间的调和平均渗透率，为裂缝到地层间的特征距离；将k条裂缝相加可得到总滤失量：ql为每条裂缝滤失量总和。

35、在一种可选实施例中，步骤s5在忽略毛管力的作用下建立的地层内两相渗流模型为：

36、

37、

38、其中，φ为地层孔隙度，pml为地层液相压力，pmg为地层气相压力，kl为液相渗透率，kg为气相渗透率，k为绝对渗透率，vb为基质单位体积，bl为液体体积系数，bg为气体体积系数，sw为含水饱和度，μg为气体粘度，δ为裂缝判断因子；

39、其中，当δ＝1时，基质网络含有裂缝；当δ＝0时，基质网络不含有裂缝。

40、在一种可选实施例中，步骤s6中的裂缝延伸、压裂液滤失的边界条件和初始条件表达式为：

41、

42、

43、pml(x,y)|t＝0＝pmg(x,y)|t＝0＝pe                (13)

44、swo＝swi                         (14)

45、其中，g为剪切模量，xf为动态裂缝长度，x为储层长度，y为储层宽度，pe原始地层压力，swo为初始含水饱和度，swi为束缚水饱和度。

46、在一种可选实施例中，步骤s7联立方程式(1)～方程式(10)，在方程式(11)～方程式(14)的条件下，建立非线性方程组，所述非线性方程组如下：

47、

48、

49、

50、其中，将裂缝宽度wf,k和地层气相压力pmg设置为未知数。

51、在一种可选实施例中，求滤失量和滤失速度的步骤包括：

52、s81、将s7中的非线性方程组按照网格单元使用有限差分法进行离散化处理，得到离散后由个方程组成的非线性方程组；

53、s82、采用牛顿迭代法求解步骤s81中的方程组，得到n条裂缝的n个缝宽数组和1个地层压力矩阵；

54、s83、将步骤s82的结果带入主裂缝的宽度模型和裂缝与地层的渗流模型，得到滤失量和滤失速度。

55、在一种可选实施例中，步骤s81中的网格单元是基于嵌入式离散裂缝模型正交结构化网格剖分方法建立的动态多裂缝与砂岩储层数值模拟网格。

56、本技术与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

57、本技术提供了一种基于嵌入式离散裂缝模型的多缝压裂液滤失分析方法，可以克服现有滤失分析方法的缺陷，并且更加真实合理的反应压裂过程中的滤失情况，从而实现对致密砂岩储层段内多缝压裂过程中的滤失作用分析，对压裂工艺参数优化具有一定的指导意义。