[发明专利]一种基于裂缝连续体模型预测裂缝性储层应力演化的方法

说明书

本发明公开了一种基于裂缝连续体模型预测裂缝性储层应力演化的方法，包括以下步骤：基于地质参数、施工参数、边界条件以及初始条件建立模拟的物理模型，确定基本参数；建立天然裂缝随机分布模型，计算天然裂缝对应网格的渗透率；基于弹性力学、有限元方法以及渗流理论，建立应力平衡方程以及连续方程，并将渗透率代入其中；基于有限元方法建立非平面水力裂缝，离散应力平衡方程与连续方程，得到应力平衡方程与连续方程的离散形式，计算各年限对应储层应力的分布状态。本发明能为裂缝性储层开发后期进行应力预测，为重复压裂设计以及加密井设计提供可靠指导作用，还能够促进油气开发理论研究的发展。

技术领域

本发明涉及裂缝性储层开发后期应力演化技术领域，特别涉及一种基于裂缝连续体模型预测裂缝性储层应力演化的方法。

背景技术

在油气开采中，随着开发的深入进行，储层中的孔隙压力逐渐降低。此时，由于储层孔隙压力分布的非均质性产生的孔隙压力梯度，诱发原来储层应力分布发生变化。在常规储层研究中，一般把储层考虑为多孔介质弹性体。在目前研究孔弹性模型中的流体流动与地质应力耦合规律时，一般认为流体流动仅存在三个主方向上。但流体流动的原因是由于压力梯度的存在。对于像页岩这种天然裂缝发育以及天然裂缝主导储层流体流动的储层，流体流动方向更多的是沿着天然裂缝的走向。在这种流动模式下，常规的渗透率表示方式已经不能准确描述流体的流动。于是建立天裂缝渗透率以及渗透率张量的关系，以及有效应力与天然裂缝宽度的关系，引入渗透率张量来描述流体在其他方向上的流动过程以及渗透率演化过程。在此基础上又建立了三维多孔介质中的全流固耦合数学模型来等效模拟裂缝性油气藏生产过程中的诱导应力演化与应力转向过程。

对于多孔介质中流固耦合的研究已经有大量的研究，但是考虑天然裂缝对储层应力影响的方法还比较少。关于孔弹性模型流体与地质力学耦合的研究，可以分成两个部分，一个是注入过程中的流体与地质应力耦合(Gao Q,Ghassemi A.Pore pressure andstress distributions around a hydraulic fracture in heterogeneous rock[J].Rock Mechanics and Rock Engineering,2017,50(12),3157-3173；Roussel,N.P.andSharma,M.M.Role of Stress Reorientation in the Success of RefractureTreatments in Tight Gas Sands[J].SPE ProdOper,2012,27(4):346–355)；一个是采出流体过程中的流体与地质应力的耦合。水力压裂过程中滤失的流体引起储层应力的变化就是一种流动与地质应力耦合的结果，只不过这是一个短时间发生的一个过程(尹建，郭建春，曾凡辉.水平井分段压裂射孔间距优化方法[J].石油钻探技术，2012,40(5):67-71)。当储层油气资源被消耗时，储层应力也会改变。油气开采就是这样一个长期的储层消耗过程。有学者就研究了生产消耗、完井偏移对储层应力的影响，研究说明了低应力差条件下应力更容易转向，同时裂缝特征、压力耗竭、井间干扰对后期加密井设计、重复压裂设计有重要的影响。研究表明生产几年后偏移井附近存在应力重定向区，该区域对加密井裂缝延伸存在重要影响(刘尧文，廖如刚，张远，高东伟，张怀力，李婷，等.涪陵页岩气日井地联合微地震监测气藏实例及认识[J].天然气工业，2016,36(10):56-62.)。然后有研究者提出了加密生产井间耗竭引起的应力变化的数值评价模型，分析了扰动应力场中水力裂缝的弯曲，井间水力裂缝的连通性。然后又有学者利用嵌入离散裂缝方法以及有限体积法研究了水力裂缝形态对生产过程中应力演化的影响。

但是综合分析上述研究，其均未曾考虑天然裂缝对生产的影响，因此不能准确表征实际的储层特征。对于天然裂缝发育的储层，储层诱导应力演化除了受到压力消耗、水力裂缝位置等影响，还受天然裂缝的影响，并且这种作用的影响相当大。总结目前的研究可以发现，考虑天然裂缝非均质性对储层生产过程中诱导应力影响的研究方法还尚未提出。

发明内容