[发明专利]非常规双重介质储层多裂缝起裂与扩展的数值模拟方法

权利要求书

1.一种非常规双重介质储层多裂缝起裂与扩展的数值模拟方法，其特征在于：它包括以下步骤：

S1.建立非常规双重介质储层体积压裂水力压裂裂缝扩展的数学模型，根据Biot孔隙弹性理论，推导页岩基质骨架的应力平衡方程、几何方程和Biot有效应力模型，建立页岩的基质骨架变形控制方程；发展基于显式时间积分求解策略的渗流-应力耦合模型及算法；

S2.针对裂缝的变形，考虑裂缝面之间的摩擦效应，发展显式时间积分的裂缝粘弹塑性损伤模型及网格单元；

S3.在非常规储层基质网格边界嵌入零厚度裂缝单元模拟水力裂缝遇天然裂缝的随机相交和分岔；

S4.编制井眼-射孔孔眼-多裂缝压裂液竞争分配程序，实现多个射孔孔眼和裂缝间压裂液的动态分配过程；

S5.建立非常规储层体积压裂复杂多裂缝破裂与竞争扩展的数值模型，并编制复杂多裂缝交错扩展程序，对建立的有限元方程组在空间域和时间域上进行离散编程求解；采用显式时间积分方案克服水力裂缝扩展过程中强烈非线性导致的收敛困难问题：固体变形动力学方程在时间域上采用中心时间差分的积分方案离散，流体动力学方程在时间域上采用向前时间差分的积分方案离散；

S6.开展非常规双重介质储层体积压裂复杂多裂缝破裂与扩展的数值模拟，研究射孔簇内多条水力主裂缝和天然裂缝交错扩展的排斥、吸引、分岔和相交规律，找出降低近井摩阻、多裂缝串联形成优势主裂缝的工艺技术参数和储层条件。

2.根据权利要求1所述的非常规双重介质储层多裂缝起裂与扩展的数值模拟方法，其特征在于：在步骤S2中，针对裂缝的变形，考虑裂缝面之间的摩擦效应，发展新的内聚力本构模型描述裂缝单元的变形破坏行为，构建零厚度、考虑裂缝面摩擦效应的裂缝粘弹塑性损伤模型，其力学本构模型，裂缝的起裂和扩展服从Traction-separation损伤准则；针对裂缝交叉和分岔扩展时有限元计算不易收敛的难题，推导三角形裂缝单元的显式时间积分有限元方程列式，并编制裂缝单元的计算程序；裂缝网格单元结构上、下表面节点具有流体压力自由度和位移自由度，用以计算裂缝面的变形以及压裂液的滤失，中间层节点只具有流体压力自由度，用来计算裂缝内流体的流动。

3.根据权利要求1所述的非常规双重介质储层多裂缝起裂与扩展的数值模拟方法，其特征在于：在步骤S3中，根据储层天然裂缝分布规律，采用蒙特卡洛方法生成离散天然裂缝网络，建立含离散天然裂缝的有限元几何模型，对整个研究区域进行网格剖分，并开发在所有单元间嵌入流固耦合裂缝单元的程序，在所有网格的边界上插入裂缝单元，用粘弹塑性损伤裂缝单元统一表征水力裂缝和天然裂缝，因此，水力裂缝能够沿着任意单元的边界扩展，从而实现多裂缝的相交和分岔扩展行为，且无需重新划分网格。