[发明专利]一种深层油气藏水力裂缝扩展数值模拟的方法

说明书

本发明公开了一种深层油气藏水力裂缝扩展数值模拟的方法，包括以下步骤，获取天然裂缝分布信息，生成离散天然裂缝系统几何模型，根据实际工程问题确定水力裂缝扩展模拟相关参数，建立深层油气藏水力裂缝扩展数学模型，基于所述模型开展数值计算，得到数值模拟结果，根据数值模拟结果进行压裂效果分析，本发明采用弹塑性本构方程描述深层油气藏压裂过程中的岩石非线性变形，耦合井筒内、裂缝内和基质中流体流动，实现深层油气藏水力裂缝扩展过程的精准模拟，并对压裂效果进行定量分析，为深层油气藏人工压裂的预测、评价和优化提供有效手段。

技术领域

本发明涉及油气田开发技术领域，特别是涉及一种基于弹塑性本构方程的深层油气藏水力裂缝扩展数值模拟方法。

背景技术

近年来，我国油气资源消耗量日益增加，石油对外依存度逐年攀升。同时，伴随着中浅层油气田的长期勘探与开采，在盆地中浅层取得大的突破已越来越困难，深层油气资源的勘探与开发已成必然趋势。深层油气藏由于埋藏较深，储层相对致密，多数属于低孔低渗，需要通过人工压裂提升储层开发效果。然而，与中浅层相比，由于深层油气藏所处高地应力、高温度、高压力的“三高”环境，储层岩石力学特性由弹性向塑性转变，因此在深层油气藏压裂过程中岩石可能会出现大范围塑性变形。

长期以来，为了预测人工裂缝的形态，人们开展了一系列水力裂缝扩展模拟研究，包括经典的双翼缝延伸KGD模型、PKN模型等解析模型、考虑天然裂缝影响的线网模型、UFM模型等复杂缝网模型以及基于有限单元、扩展有限元法、位移不连续法、离散单元法等数值方法的数值模拟研究。然而，现有的水力裂缝扩展模型和数值模拟技术都是基于线弹性断裂力学理论开展的，即假设岩石为线弹性介质，故无法用于深层油气藏人工压裂模拟。

因此，考虑深层岩石的塑性特征，建立一种基于弹塑性本构方程的深层油气藏水力裂缝扩展数值模拟方法，准确预测人工裂缝的走向和形态对深层油气资源的高效开发具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于弹塑性本构方程的深层油气藏水力裂缝扩展数值模拟方法，该方法采用弹塑性本构方程描述深层压裂过程中的岩石非线性变形，实现对深层油气藏水力裂缝扩展过程的精准模拟。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明公开了一种深层油气藏水力裂缝扩展数值模拟的方法，包括以下步骤：

S1.获取天然裂缝分布信息，生成离散天然裂缝系统几何模型；

S2.根据实际工程问题确定水力裂缝扩展模拟相关参数；

S3.建立深层油气藏水力裂缝扩展数学模型，基于所述模型开展数值计算，得到数值模拟结果；

S4.根据所述数值模拟结果进行压裂效果分析。

优选地，S1包括：

根据深层油气藏的实际地质数据或现有地质模型数据，获取在水平面上的所述天然裂缝分布信息，包括裂缝的中心点、长度、倾角等信息；

根据所述天然裂缝分布信息，建立所述离散天然裂缝系统几何模型；

若地层中不发育有天然裂缝，则此步骤省略。

优选地，S2所述相关参数包括：

岩石弹性力学参数，包括杨氏模量和泊松比；

岩石塑性力学参数，包括内摩擦角、膨胀角和粘聚力；

岩石断裂力学参数，包括抗拉强度和断裂能；

岩石天然裂缝性质，包括内聚力和摩擦角；

岩石物理参数，渗透率和孔隙度；

储层参数，储层厚度、孔隙压力和水平主应力；