[发明专利]一种致密储层压裂改造体积区的计算方法

摘要

本发明公开一种致密储层压裂改造体积区的计算方法，包括以下步骤建立致密储层水平井压裂过程中的多条水力裂缝非平面转向延伸模型、地层应力场变化模型、储层压力场变化模型、天然裂缝破坏准则，获取地质参数、水平井压裂施工参数、总压裂时间，赋裂缝滤失量初值、裂缝半长初值、缝内压力初值、初始裂缝延伸转向角、初始渗透率、压裂时间初值，求解各个模型，计算得到的天然裂缝破坏点坐标数据；利用空间数值积分方法，分别计算储层内张性破坏改造区体积和剪切破坏改造区体积，将两者的空间并集定为总体改造体积区。该方法可实现致密储层水平井压裂评价的准确化、经济化、快速化，解决现有致密储层水平井压裂改造体积区计算过程费力费钱费时。

主权项

一种致密储层压裂改造体积区的计算方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)运用裂缝扩展理论建立致密储层水平井压裂过程中的多条水力裂缝非平面转向延伸模型，所述水力裂缝非平面转向延伸模型包括单条裂缝内物质平衡方程、缝内流体流动方程、闭合应力方程、边界条件、多裂缝流量分配方程；(2)运用岩石力学理论建立水力压裂时的地层应力场变化模型，所述地层应力场变化模型包括地层应力‑应变平衡方程组、裂缝转向方程、边界条件、地层诱导应力方程、全局‑局部坐标转换方程、地层应力场叠加方程；(3)运用渗流力学理论建立水力压裂时的储层压力场变化模型，所述储层压力场变化模型包括储层单相流连续性方程、渗透率方程、裂缝滤失量方程；(4)运用裂缝破坏理论建立水力压裂时的天然裂缝破坏准则，所述天然裂缝破坏准则包括天然裂缝的单位法线向量方程、裂缝壁面受力方程、天然裂缝破坏状态判别方程；(5)获取致密储层地质参数、水平井压裂施工参数和总压裂时间；(6)利用牛顿迭代法求解多裂缝流量分配非线性方程组，计算出各条水力裂缝总流量qi；(7)赋裂缝滤失量初值、裂缝半长初值、缝内压力初值、初始裂缝延伸转向角、初始渗透率、压裂时间初值，其中初始裂缝延伸转向角为零，初始渗透率为基质渗透率,其中压裂时间初值小于或等于总压裂时间；(8)根据初始裂缝延伸转向角，求解结合闭合应力方程，获取裂缝闭合应力σc；(9)将缝内压力初值和裂缝闭合应力σc代入地层应力场变化模型中的边界条件，获取裂缝任意单元在局部坐标系内所受切应力(σt)i和正应力(σn)i；(10)将当前所有水力裂缝离散为N个单元，利用全局‑局部坐标转换方程针对每个离散单元分别建立局部坐标，计算出局部坐标值；(11)将裂缝任意单元在局部坐标系内所受切应力(σt)i和正应力(σn)i代入地层应力场变化模型中的地层应力‑应变平衡方程组内，采用复合共轭梯度法求解，获取裂缝任意单元在局部坐标系内的法向应变即为裂缝宽度wf；(12)通过上述得到的法向应变结合水力裂缝非平面转向延伸模型中的边界条件式，采用隐式有限差分法对单条裂缝内物质平衡方程求解，获取缝内流量q；(13)上述得到的缝内流量q结合水力裂缝非平面转向延伸模型中的边界条件式，采用隐式有限差分法对缝内流体流动方程求解，获取缝内压力pf；(14)将缝内压力初值与上述步骤获取到的缝内压力pf进行比较，若两者误差大于千分之一，则将获取到的缝内压力p替代步骤(7)中的缝内压力初值，再重复步骤(8)～(14)，直至误差小于千分之一，再进行下一步；(15)再将步骤(6)获取的该条水力裂缝总流量qi与步骤(12)获取的缝内流量q进行比较，若q|s＝0与qi两者误差大于千分之一,则改变步骤(7)中裂缝半长初值,再重复步骤(7)～(15)，直至误差小于千分之一，再进行下一步；(16)利用步骤(10)中获取的水力裂缝离散单元局部坐标值与步骤(13)获取的缝内压力pf，结合地层应力场变化模型中的边界条件，采用复合共轭梯度法求解地层应力‑应变平衡线性方程组，获取所有裂缝各离散单元的切向应变和法向应变(17)利用切向应变和法向应变求解裂缝转向方程，获取裂缝延伸转向角θ，其中裂缝转向方程中裂缝尖端单元法向应变Dn、裂缝尖端单元切向应变裂缝尖端单元的切向应变值和法向应变值；(18)利用地层诱导应力方程，计算出地层诱导应力Δσij；(19)将原始地层应力与地层诱导应力Δσij代入地层应力场叠加方程，计算出地层应力σij；(20)利用各点天然裂缝破坏情况和渗透率方程，计算出储层各向异性渗透率场，其中初始时所有天然裂缝处于未破坏状态，即渗透率初值为基质渗透率；(21)随后，将初始渗透率和步骤(13)获取到的缝内压力pf代入储层单相流连续性方程中，采用七点隐式向后有限差分法，计算出储层压力pr；最后，利用裂缝滤失量方程，计算出各条水力裂缝的裂缝滤失量qL；(22)将得到裂缝滤失量qL与步骤(7)中的裂缝滤失量初值进行比较，若两者误差大于千分之一，则将得到裂缝滤失量qL替代步骤(7)中的裂缝滤失量初值，再重复步骤(7)～(22)，直至误差小于千分之一，再进行下一步；(23)根据地质参数中的天然裂缝倾角逼近角参数，通过天然裂缝的单位法线向量方程计算出天然裂缝的单位法线向量(24)将步骤(19)得到的地层应力代入裂缝壁面受力方程，分别计算出储层中任意点天然裂缝壁面受到的正应力值pn和切应力值pτ；(25)利用天然裂缝破坏状态判别方程，方程中天然裂缝内流体压力pnf与步骤(21)中计算出的储层压力pr相等，对储层中任意点天然裂缝的破坏状态情况进行判断，计算得到的天然裂缝破坏点坐标数据，并根据渗透率方程计算出渗透率Knf；(26)利用天然裂缝破坏点坐标数据，通过空间数值积分方法，分别计算储层内张性破坏改造区体积和剪切破坏改造区体积，将两者的空间并集定为总体改造体积区。