一种超临界二氧化碳压裂裂缝延伸计算方法与流程

本发明涉及一种超临界二氧化碳压裂裂缝延伸计算方法。

背景技术：

随着我国经济的发展，常规油气资源越来越难以满足不断增长的需求，低渗透、致密等非常规油气资源总量非常大，分布广泛，约占全国已探明储量的2/3以上，开发潜力巨大。因此，为了满足需求，就需要加大对非常规油气资源的开发力度。压裂技术作为低渗透、致密油气田增产的主要措施，已经在国内外得到了广泛的应用。然而，由于传统的压裂技术存在破胶不完全、返排不彻底、在地层中滞留量大、对地层伤害比较严重等问题，因此，针对非常规油气田相继发展了一系列低伤害压裂技术，其中二氧化碳压裂技术因具有低伤害、易返排等优点，已经得到了广泛的关注与研究，试验及现场应用表明，二氧化碳压裂技术具有较高的技术可行性和良好的投入产出比。目前国内外应用的二氧化碳压裂技术主要分为二氧化碳干法压裂技术和二氧化碳泡沫压裂技术。二氧化碳干法压裂技术所采用的压裂液为无水纯液态二氧化碳，最早于20世纪80年代由北美提出并进行了现场应用。经过国外完成的数千井次的压裂施工应用效果来看，采用二氧化碳干法压裂技术可实现增产效率在50％以上。国内该技术仍处于探索阶段，目前主要有长庆油田、吉林油田等相继开展了一系列的初步尝试，均见到了较好的改造效果。新疆油田拥有丰富的低渗透、致密等非常规油气资源，并已立项开展了二氧化碳驱油研究，因此，非常有必要开展二氧化碳干法压裂技术研究。

技术实现要素：

本发明主要是克服现有技术中的不足之处，提出一种超临界二氧化碳压裂裂缝延伸计算方法。

本发明解决上述技术问题所提供的技术方案是：一种超临界二氧化碳压裂裂缝延伸计算方法，包括以下步骤：

步骤s10、获取地质参数和施工参数；

步骤s20、建立二氧化碳的流动模型，并基于三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s30、建立二氧化碳的温度场模型；

步骤s40、建立二氧化碳的物性计算模型；

步骤s50、基于地层参数、完井参数及施工参数，并结合所述流动模型、应力场模型、温度场模型、二氧化碳物性计算模型，计算超临界二氧化碳压裂裂缝的裂缝参数。

进一步的技术方案是，所述步骤s20中的储层应力场计算模型为：

式中：n是单元的总个数；a是影响系数矩阵；为裂缝单元j在裂缝单元i处引起的正应力；为裂缝单元j在裂缝单元i处引起的裂缝走向方向剪切应力；为裂缝单元j在裂缝单元i处引起的倾角方向剪切应力；dn是裂缝单元的法向位移不连续量；ds是每条裂缝单元的裂缝走向方向切向位移不连续量；dd是每条裂缝单元的倾角方向切向位移不连续量；

二氧化碳的流动模型为:

式中：ρsl为流体密度；是流体流动速度；w是裂缝宽度；qleak是滤失质量流速；qsl是射孔孔眼与裂隙之间的质量交换；t为施工时间。

进一步的技术方案是，所述步骤s30中的二氧化碳温度模型为：

式中：ρsl为流体密度；是流体流动速度；w是裂缝宽度；qleak是滤失质量流速；qsl是射孔孔眼与裂隙之间的质量交换；t为施工时间；qcond为裂缝壁面处的热损失；kres是储层的导热性，ρres与cres分别是储层的密度和热容；tres储层的温度；cfl为缝内流体的热熔；t0为参考温度；为裂缝内流体压力；qsl,wf为流体注入速度；tsl,wf为流体注入温度。

进一步的技术方案是，所述步骤s40中二氧化碳的物性计算模型为：

μ(ρ,t)＝μ⁰(t)+δμ(ρ,t)+δcμ(ρ,t)

式中：δ和τ分别为还原密度和反向还原温度；cp为恒压下的热容；rc为理想气体常数；p是二氧化碳的压力；δ是对比密度；τ是逆对比温度；cv为定容比热容；αj为二氧化碳的焦耳汤姆逊系数；φ^o是理想部分亥姆赫兹自由能；φ^r是残余部分亥姆赫兹自由能；μ⁰是在零密度极限下的粘度；δμ是由于密度升高而导致的二氧化碳过量粘度；δcμ是临界点附近的增强粘度；μ是流体粘度；t是二氧化碳的温度；ρ是二氧化碳的密度；与为分别是φ^o与φ^r的个阶偏导。

本发明具有以下优点：本发明基于三维位移不连续方法与有限体积方法，并引入了温度场和二氧化碳物性参数计算模型，提出了考虑流-固-热耦合的二氧化碳压裂裂缝三维延伸模型，提高了计算准确性，从而更加精确的得到裂缝参数。

附图说明

图1为本发明的模型求解框图；

图2为裂缝内流体流动示意图；

图3为热量传递示意图。

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。

实施例一

如图1所示：本发明的一种超临界二氧化碳压裂裂缝延伸计算方法，包括以下步骤：

步骤s10、获取地质参数及和施工参数；

其气质参数包括储层温度、储层原始地应力、杨氏模量及泊松比；施工参数包括施工流体种类、注液排量与井底二氧化碳温度；

步骤s20、建立二氧化碳的流动模型，并基于三维位移不连续方法建立压裂过程中的储层应力场模型；

其储层应力场计算模型为：

式中：n是单元的总个数；a是影响系数矩阵；σn为断裂变形引起的正应力；τs为裂缝走向方向剪切应力；τd为倾角剪切应力；

其裂缝内流体流动示意图如图1所示，二氧化碳的流动模型为:

式中：ρsl为流体密度；是流体流动速度；w是裂缝宽度；qleak是滤失质量流速；qsl是射孔孔眼与裂隙之间的质量交换；t为施工时间；

步骤s30、建立二氧化碳的温度场模型；

热量传递示意图如图2所示，其二氧化碳温度模型为：

式中：ρsl为流体密度；是流体流动速度；w是裂缝宽度；qleak是滤失质量流速；qsl是射孔孔眼与裂隙之间的质量交换；t为施工时间；qcond为裂缝壁面处的热损失；kres是储层的导热性，ρres与cres分别是储层的密度和热容；tres储层的温度；

步骤s30、建立二氧化碳的温度场模型；

二氧化碳物性计算模型为：

μ(ρ,t)＝μ⁰(t)+δμ(ρ,t)+δcμ(ρ,t)

其中δ＝ρ/ρc和τ＝tc/t分别为还原密度和反向还原温度；cp为恒压下的热容；rc为理想气体常数。

上式中φ^o(δ,τ)与φ^r(δ,τ)是helmholtz提出的理想自由能和剩余自由能，其中理想自由能φ^o(δ,τ)可以表示为：

其中参数与的取值如表1所示：

表1参数与取值

由于计算二氧化碳物性参数时需用的φ^o(δ,τ)的各阶偏导，因此可以由以下求得：

上式中和分别为：

而helmholtz提出的剩余自由能φ^r(δ,τ)，可以表示为：

其中：

其中参数ni、di、ti、ci、ai、bi、αi、βi、γi、εi、ai、bi、ci及di的取值如表2所示：

表2剩余自由能参数取值

由于计算二氧化碳物性参数时需用的φ^r(δ,τ)的各阶偏导，因此可以由公式求得：

其中距离函数的各阶偏导为：

其中指数函数ψ的各阶偏导为：

步骤s50、基于地层参数、完井参数及施工参数，并结合所述流动模型、应力场模型、温度场模型、二氧化碳物性计算模型，计算超临界二氧化碳压裂裂缝的裂缝参数。

上述模型的求解过程如图1所示。

以上所述，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已通过上述实施例揭示，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些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。