[发明专利]一种碎软低渗油气储层的压裂模拟方法有效

专利信息
申请号: 202110131767.8 申请日: 2021-01-30
公开(公告)号: CN112883661B 公开(公告)日: 2023-07-07
发明(设计)人: 李浩;武艳霞;武鹏飞;姚宏波;韦婕;李秋和 申请(专利权)人: 太原理工大学
主分类号: G06F30/28 分类号: G06F30/28;G06F30/23;E21B43/26;G06F119/14
代理公司: 西安汇恩知识产权代理事务所(普通合伙) 61244 代理人: 张伟花
地址: 030000 山西省太原*** 国省代码: 山西;14
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摘要:
搜索关键词: 一种 碎软低渗 油气 模拟 方法
【说明书】:

发明提供了一种碎软低渗油气储层的压裂模拟方法,包括以下步骤;S1、编制碎软低渗储层结构面三维网络模型程序,建立碎软低渗油气储层压裂的数值计算模型;S2、建立储层韧性破坏‑渗流本构模型,分别针对裂缝单元、实体单元开发基于显示和隐式时间积分的求解算法;S3、数值模型中结构面处以及储层基质内嵌入裂缝单元,合并孔压节点;S4、获取并输入材料参数、设置边界条件和初始条件;S5、求解模型并输出结果,S6、分析模拟效果,优化压裂工艺参数,进而提高碎软低渗储层中的油气产量。本发明可用于分析不同压裂工程参数、不同工程地质参数影响下压裂缝网的形态,优化压裂参数、实现油气资源高效开采,具有较大的应用前景。

技术领域

本发明涉及天然气与石油开发技术领域,具体涉及一种碎软低渗油气储层的压裂模拟方法。

背景技术

我国天然气、石油的对外依存度已经达到43.1%和67.4%,使得能源安全面临巨大风险。而我国2000m以浅的煤层气资源储量高达30万亿立方米,高效开发这一非常规清洁能源将有力促进实现“2060年实现碳中和”的目标。但是,中国大部分地区的煤层具有破碎、软弱、极低渗透率的特征,这些特征会对煤层气高效抽采带来巨大挑战。

在沁水煤田赵庄矿煤层气抽采实践过程中表明:地面直井压裂和水平井分段压裂过程中,水力主裂缝通过煤层中的结构面扩展延伸,次级裂缝主要通过直接压裂煤基质而向前传播;碎软煤显著的韧性破坏特征会导致压裂裂缝网络的面积很小,其很低的力学强度又会引起钻井井壁稳定性很差,导致煤层气产量很低。因而采用合理的数值模拟方法预测储层中的压裂缝网形态,对于优化压裂施工工艺、提高油气产量至关重要。

近年来,国内外学者主要针对页岩、致密砂岩等脆性显著,且无明显结构面的介质开展压裂模拟研究。这些研究大多基于连续介质假设,并采用线弹性断裂力学理论分析在无结构面、或者有极简单结构面分布条件下I型压裂裂缝的传播规律。或者假设储层中缝网的形成是由于压裂裂缝沟通了储层中原有的天然结构面,且天然结构面彼此平行。

但是碎软低渗储层中具有丰富且分布复杂的结构面、以及强烈的韧性破坏特征。前者会导致水力主裂缝沿着结构面传播,而次要裂缝会压穿储层基质,形成复杂的缝网结构,更重要的是,碎软低渗储层的韧性断裂特征会导致大部分注液能量用于消耗与裂缝扩展无关的非弹性能,同时,储层基质一旦其出现塑性损伤会导致压裂液大量漏失,二者共同导致高压压裂液能量耗散,致使储层中压裂裂缝网络面积很小,而现有的压裂工程数值计算模型普遍将碎软低渗储层简化为连续介质、脆性材料,严重影响数值模拟结果的准确性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足,提供一种碎软低渗油气储层的压裂模拟方法,以解决上述背景技术中提出的问题。

为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案是:一种碎软低渗油气储层的压裂模拟方法,包括以下步骤;

S1、编制碎软低渗储层结构面三维网络模型程序,确定模型中结构面的几何参数,建立碎软低渗油气储层压裂的数值计算模型;

S2、建立储层韧性破坏-渗流本构模型,分别针对裂缝单元、实体单元开发基于隐式和显式时间积分的求解算法;

S3、数值模型中结构面处以及储层基质内嵌入裂缝单元,合并孔压节点模拟宏细观裂缝的随机分布,具体为在储层结构面处及基质内的单元边界处嵌入零厚度的裂缝单元,合并具有相同节点坐标的裂缝单元上的孔压节点,模拟储层中宏细观裂缝的随机分布;

S4、获取并输入材料参数、设置边界条件和初始条件;

S5、求解模型并输出结果,设定需要输出的参数,包括裂缝张开与剪切位移分布、裂缝传播路径、裂缝内流体压强、裂缝内流体流速、裂缝单元中弹性能与非弹性能、断裂能混合比;完整煤岩体中应力、塑性应变、损伤变量、孔隙流体压强、流体运移速率,以及各节点处孔隙流体压强随时间的演化规律;

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