一种循缝找洞压裂改造模拟方法与流程

本发明涉及油气田开发的，具体涉及一种循缝找洞压裂改造模拟方法。

背景技术：

1、大部分碳酸盐岩油藏广泛发育天然裂缝、溶洞，其中溶洞作为油气主要储集空间，在油气藏开发中起到关键作用，碳酸盐岩油气藏增产改造的目的就是利用水力裂缝沟通溶洞。然而，在水力压裂过程中，水力裂缝、溶洞、基质之间的相互作用关系十分复杂， 水力裂缝在原地应力、溶洞壁面应力干扰、流体压力的综合影响下延伸路径决定了水力 裂缝能否沟通溶洞，在多种影响因素作用下，孔洞型介质中水力裂缝延伸路径模拟难度 较大。

2、现有的关于含孔洞材料内的裂缝扩展研究成果大多数是建立在空溶洞或填充不同 力学性质材料的实心孔洞物理模型之上，但是在孔洞型碳酸盐岩储层中的溶洞大多数被 高压油气藏流体充填，填充物与孔洞壁面存在相互作用，现有模型不能准确反映裂缝在此类介质中的延伸情况。

3、现有技术cn110348031b公开了一种水平井压裂近井筒裂缝扭曲形态数值模拟方法。 该方法可以包括：根据地层参数与施工参数，建立多层非均质地层模型；根据流体渗流方程、岩石变形方程、裂缝扭曲准则与裂缝面流体流动方程，建立流固耦合数值方程； 根据流固耦合数值方程，在多层非均质地层模型内进行扩展有限元数值模拟，确定水平 井压裂近井筒裂缝每一个时刻的扭曲形态。现有技术cn105089595b公开了一种水平压 裂裂缝导流作用下的油藏数值模拟方法及装置，油藏数值模拟方法包括：获取井和油藏 的动静态数据，确定裂缝参数；根据流体特征及裂缝参数中的导流能力建立水平裂缝内 的流体流动方程；根据井筒管流特征建立井筒流动方程；根据井眼轨迹、完井位置、所 述流体流动方程、井筒流动方程及裂缝参数建立扩展井模型；根据油藏的静态参数建立 地质模型，并根据原始地层压力分布或者压力与深度的关系，以及岩石、流体属性对所 述地质模型进行初始化；将所述扩展井模型及初始化后的所述地质模型耦合并求解耦合 结果。现有技术实现了对水力压裂井及油藏进行高精度数值模拟，为科学的使用井下流 量控制设备提供了依据，达到了提高采收率的目的。但是上述现有技术考虑实际天然裂 缝、溶洞的建立，因此其并不适合缝洞型油藏的数值模拟。

4、综上所述，针对现有技术中对于缝洞型油藏的数值模拟方法未考虑天然裂缝、溶洞 的建立，进而导致无法裂缝延伸路径的难题，本发明提供一种循缝找洞压裂改造模拟方法。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中的上述技术问题，本发明提供一种循缝找洞压裂改造模拟方法。

2、为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

3、一种循缝找洞压裂改造模拟方法，包括：

4、s1、建立自由流动-渗流-应力耦合数学模型，得到扩展有限元离散方程；

5、s2、建立含孔洞、裂缝的物理模型；

6、s3、基于扩展有限元离散方程，对所述物理模型进行计算；

7、s4、将步骤s3的计算结果通过图像的形式显示。

8、进一步地，步骤s1中自由流动-渗流-应力耦合数学模型包括岩石固体变形模块、自 由流动模块、渗流模块。

9、进一步地，步骤s1得到扩展有限元离散方程的具体方式为：

10、s101、建立渗流-自由流动-应力耦合控制方程；

11、s102、利用加权余量法，得到所述控制方程的等效积分弱形式；

12、s103、对等效积分弱形式进行扩展有限元离散。

13、更进一步地，步骤s101中还包括设置初始条件和边界条件。

14、更进一步地，初始条件包括初始时刻位移、初始时刻孔隙流体压力。

15、更进一步地，边界条件包括边界上的位移、流体压力、应力和流量。

16、进一步地，有限元扩展离散方程为：

17、

18、其中，k为刚度矩阵，lm、lf、lv为基质岩体、裂缝、溶洞的耦合矩阵，hm为基质 岩体的渗流矩阵，hf、hv为裂缝和溶洞自由流动矩阵，为位移场向量，为孔隙压力 场向量，cm、cf、cv为基质岩体、裂缝、溶洞的压缩矩阵，为应力边界向量，为流 量边界向量。

19、进一步地，所述物理模型尺寸为20cm×2cm×8cm，物理模型内部设置若干溶洞，若干溶洞间隔设置；溶洞内部通入流体，流体的初始压力为1mpa。

20、进一步地，步骤s3基于扩展有限元离散方程，对所述物理模型进行计算的具体方法为：对物理模型首先进行有限元网格剖分，然后将溶洞、天然裂缝的数据输入系统中， 确定网格剖分单元分类型以及节点加强形式，进行初始地应力平衡计算，施加边界条件， 判断是否满足接触边界条件；

21、若否，则重新施加边界条件；若满足，则计算应力强度因子并记录在后处理结果，判断等效应力强度因子是否大于或等于临界应力强度因子；

22、若否，则返回耦合矩阵运算，若满足，则计算裂缝延伸长度，判断裂缝是否相交；

23、若否，则更新裂缝信息，重新确定网格剖分单元分类型以及节点加强形式，场向量变换，返回耦合矩阵运算，若满足，则用相交作用准则判断裂缝是否能穿过；

24、若否，则旧水力裂缝终止于交点，重新确定网格剖分单元分类型以及节点加强形式， 场向量变换，返回耦合矩阵运算，若满足，则新增一条水力裂缝，重新确定网格剖分单元分类型以及节点加强形式，场向量变换，返回耦合矩阵运算，并记录在后处理结果。

25、相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

26、本发明建立一套孔洞型介质中基质内流体渗流-孔洞内流体自由流动-应力耦合的数 学模型，通过扩展有限元方法，解决了孔洞型介质中裂缝扩展问题涉及到裂缝的强不连 续以及孔隙流体压力的弱不连续的问题，能计算出含孔洞、预置初始裂缝的裂缝扩展路径。

技术特征：

1.一种循缝找洞压裂改造模拟方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的循缝找洞压裂改造模拟方法，其特征在于，步骤s1中自由流动-渗流-应力耦合数学模型包括岩石固体变形模块、自由流动模块、渗流模块。

3.根据权利要求1所述的循缝找洞压裂改造模拟方法，其特征在于，步骤s1得到扩展有限元离散方程的具体方式为：

4.根据权利要求3所述的循缝找洞压裂改造模拟方法，其特征在于，步骤s101中还包括设置初始条件和边界条件。

5.根据权利要求4所述的循缝找洞压裂改造模拟方法，其特征在于，初始条件包括初始时刻位移、初始时刻孔隙流体压力。

6.根据权利要求4所述的循缝找洞压裂改造模拟方法，其特征在于，边界条件包括边界上的位移、流体压力、应力和流量。

7.根据权利要求1所述的循缝找洞压裂改造模拟方法，其特征在于，有限元扩展离散方程为：

8.根据权利要求1所述的循缝找洞压裂改造模拟方法，其特征在于，所述物理模型尺寸为20cm×2cm×8cm，物理模型内部设置若干溶洞，若干溶洞间隔设置；溶洞内部通入流体，流体的初始压力为1mpa。

9.根据权利要求1所述的循缝找洞压裂改造模拟方法，其特征在于，步骤s3基于扩展有限元离散方程，对所述物理模型进行计算的具体方法为：对物理模型首先进行有限元网格剖分，然后将溶洞、天然裂缝的数据输入系统中，确定网格剖分单元分类型以及节点加强形式，进行初始地应力平衡计算，施加边界条件，判断是否满足接触边界条件；

技术总结
本发明涉及油气田开发的技术领域，具体涉及一种循缝找洞压裂改造模拟方法，包括：S1、建立自由流动‑渗流‑应力耦合数学模型，得到扩展有限元离散方程；S2、建立含孔洞、裂缝的物理模型；S3、基于扩展有限元离散方程，对所述物理模型进行计算；S4、将步骤S3的计算结果通过图像的形式显示。本发明建立一套孔洞型介质中基质内流体渗流‑孔洞内流体自由流动‑应力耦合的数学模型，通过扩展有限元方法，解决了孔洞型介质中裂缝扩展问题涉及到裂缝的强不连续以及孔隙流体压力的弱不连续的问题，能计算出含孔洞、预置初始裂缝的裂缝扩展路径。

技术研发人员：张俊江,赵海洋,罗攀登,侯帆,鄢宇杰,李勇
受保护的技术使用者：中国石油化工股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/27