[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

说明书

本发明涉及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，包括以下步骤：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；发展显式时间积分的三维水力裂缝粘弹塑性损伤模型及网格单元；在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；编制井眼‑射孔孔眼‑多裂缝压裂液竞争分配程序，实现射孔孔眼(裂缝)间压裂液的动态分配过程；建立多裂缝破裂与竞争扩展的数值模型，编制三维多裂缝交错扩展程序；开展非常规双重介质储层体积压裂复杂多裂缝破裂与竞争扩展的数值模拟，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，进而提高了页岩气体积压裂复杂裂缝模拟方法的准确性。

技术领域

本发明涉及石油与天然气开发技术领域，特别是涉及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。

背景技术

长期以来，我国能源供需矛盾突出，石油天然气对外依存度逐年攀升，2017年我国石油对外依存度达到67.4％，天然气达到39.4％，大大超过国际公认的警戒线，严重威胁我国能源安全。据美国能源信息署EIA的全球调查显示，我国页岩气储量为36.1万亿立方米，排名全球第一位。作为一种典型的非常规天然气资源，我国页岩气资源开发潜力巨大。我国页岩气藏普遍埋藏较深，特别是四川盆地的五峰-龙马溪组平均埋深超3000m，部分已达到5000m，呈现地质构造复杂、页理发育、高应力和高强度等典型特征，致使储层施工压力高达80-110MPa。根据涪陵页岩气田近三年在一期浅层(垂深2000-3000m)的开发实践发现：页岩气水平井分段多簇射孔体积压裂过程中，储层破裂压力和裂缝延伸压力高，常遇到施工压力超限储层压不开、近井地带裂缝形态复杂而引起砂堵的恶性事故。

近年来，国内外学者针对页岩气体积压裂复杂裂缝的起裂和扩展行为开展了大量的室内实验和数值模拟研究。然而，这些研究均假设多簇射孔压裂后，在每一个射孔簇处形成一条主缝，各射孔簇主裂缝共同扩展，研究重点集中在各簇主裂缝间相互干扰作用下的应力场和裂缝形态，少有学者研究从射孔簇内射孔孔眼起裂的多条裂缝在近井地带的扩张、扩展、相交和分岔行为。同时，页岩储层通常含有大量的天然裂缝，是典型的双重介质系统，而现有水力裂缝扩展模型中普遍将页岩处理为常规单重介质，甚至是不可渗透介质，这会对压裂过程中主裂缝附近流体压力分布的计算准确度产生影响，进而影响水力裂缝和天然裂缝相遇后以及主裂缝周围尚未连通天然裂缝的起裂与扩展行为。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，针对页岩气体积压裂施工压力高、多数射孔簇内水力裂缝未得到有效扩展的科学难题，考虑页岩应力场、渗流场和裂缝内流场的相互耦合，构建显式时间积分的裂缝粘弹塑性损伤模型及网格单元，开发离散天然裂缝生成程序以及裂缝单元嵌入程序，创建页岩双重介质渗流-应力-损伤耦合的复杂裂缝交错扩展模型，进而提供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：

本发明的目的通过以下技术方案来实现，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，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，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；

S6.开展非常规双重介质储层体积压裂复杂多裂缝破裂与竞争扩展的数值模拟，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。