一种考虑孔眼冲蚀的段内多簇裂缝扩展模拟及定量评价方法

技术领域

本发明涉及油气田增产改造领域，具体涉及一种考虑孔眼冲蚀的段内多簇裂缝扩展模拟及定量评价方法。

背景技术

为了贯彻落实能源安全战略，持续加大非常规油气田的勘探与开发，目前，非常规油气田增产主要通过水力压裂。

水平井体积压裂已成为开发致密砂岩气、页岩气和致密油等重要的增产技术，经过现场实践以及理论研究，水平井体积压裂技术已经成为新疆玛湖砾岩油藏的主要开发方式。在进行分段多簇压裂时，携砂液在射孔孔眼处产生节流，造成孔眼处发生冲蚀，使得孔眼的几何参数增大或者产生裂纹，降低了射孔摩阻，导致暂堵失效或孔眼限流能力减弱，进而对流量分配以及多簇裂缝扩展产生重要影响，目前尚缺乏一种修正孔眼冲蚀扩径的多簇裂缝扩展模型及定量评价方法，导致难以优化设计压裂施工参数的问题。

发明内容

针对目前技术中存在的不足，本发明提出了一种考虑孔眼冲蚀的段内多簇裂缝扩展模拟及定量评价方法，克服了现有技术中的不足之处，能实现考虑孔眼冲蚀的段内多簇裂缝扩展模拟以及定量判断流量是否均衡分配和多簇裂缝是否均匀扩展。

本发明解决上述技术问题所提供的技术方案是：一种考虑孔眼冲蚀的段内多簇裂缝扩展模拟及定量评价方法，包括以下步骤：

步骤1：收集地质和工程参数；

步骤2：建立岩石变形模型；

步骤3：建立孔眼冲蚀扩径修正方程；

步骤4：建立井筒流体流动方程组和缝内流体流动方程组；

步骤5：建立裂缝扩展准则；

步骤6：综合步骤2-5建立考虑孔眼冲蚀的段内多簇裂缝扩展模型；

步骤7：通过流量差异系数、缝长差异系数定量评价各簇裂缝的流量分配均衡程度与多簇裂缝扩展均匀程度；

步骤8：将步骤1的参数代入步骤6模拟不同射孔参数和压裂参数下裂缝扩展的延伸轨迹，通过步骤7定量评价。

进一步的技术方案是，所述步骤1中的地质和工程参数包括：储层厚度、泊松比、杨氏模量、最小水平主应力、压裂液黏度、裂缝簇数、孔眼数目、施工排量、支撑剂浓度、泵注总时长、压裂液密度、裂缝间距、孔眼直径、孔眼原始流量系数、孔眼最大流量系数和携砂液注入时长。

进一步的技术方案是，所述步骤2中岩石变形模型为：

式中：σ

进一步的技术方案是，所述步骤3中孔眼冲蚀扩径修正方程，根据现场资料统计部分压裂段支撑剂注入总量与压裂前后孔眼直径变化量，并计算出平均单簇支撑剂注入量与平均单孔眼扩径量。将各段平均单簇支撑剂注入量与平均单孔眼扩径量进行线性拟合，进而得到孔眼直径计算表达是为：

式中：d

进一步的技术方案是，所述步骤4中井筒流体流动方程组为：

P

式中：Q

缝内流体流动方程组为：

/>

式中：q(s,t)为当前时刻s断面流量，m

进一步的技术方案是，所述步骤5中裂缝扩展准则为：

缝长扩展准则为：

K

式中：K

缝高扩展准则为：

/>

式中：

进一步的技术方案是，所述步骤6中考虑孔眼冲蚀的段内多簇裂缝扩展模型中岩石变形采用位移不连续法进行离散，流体流动采用有限体积法离散，然后构建流固耦合方程组使用牛顿迭代求解。

进一步的技术方案是，所述步骤7中流量差异系数和缝长差异系数分别为：

式中：

本发明的有益效果：本发明基于拟三维位移不连续方法，提出了一种修正孔眼冲蚀扩径的多簇裂缝扩展模型及定量评价方法，提高了预测裂缝形态的准确性，优化设计压裂施工参数，使结果更加符合工程实际需要。

附图说明

图1为不同射孔数目下孔眼平均扩径量随平均单簇支撑剂注入量的关系拟合图

图2为不同射孔数目孔眼扩径量对比柱状图

图3为不同射孔数目多簇裂缝扩展形态对比图

图4为不同射孔数目缝长差异系数和流量差异系数曲线图

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明，但不构成对发明的任何限制，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

步骤1：收集地质和工程参数；

其中地质和工程参数包括：储层厚度、泊松比、杨氏模量、最小水平主应力、压裂液黏度、裂缝簇数、孔眼数目、施工排量、支撑剂浓度、泵注总时长、压裂液密度、裂缝间距、孔眼直径、孔眼原始流量系数、孔眼最大流量系数和携砂液注入时长。

步骤2：建立岩石变形模型；

其中岩石变形模型为：

式中：σ

步骤3：建立孔眼冲蚀扩径修正方程；

其中孔眼冲蚀扩径修正方程，根据现场资料统计部分压裂段支撑剂注入总量与压裂前后孔眼直径变化量，并计算出平均单簇支撑剂注入量与平均单孔眼扩径量。将各段平均单簇支撑剂注入量与平均单孔眼扩径量进行线性拟合，进而得到孔眼直径计算表达是为：

式中：d

步骤4：建立井筒流体流动方程组和缝内流体流动方程组；

流体流动方程组为：

P

式中：Q

缝内流体流动方程组为：

式中：q(s,t)为当前时刻s断面流量，m

步骤5：建立裂缝扩展准则；

缝长扩展准则为：

K

式中：K

缝高扩展准则为：

/>

式中：

步骤6：综合步骤2-5建立考虑孔眼冲蚀的段内多簇裂缝扩展模型；

其中考虑孔眼冲蚀的段内多簇裂缝扩展模型中岩石变形采用位移不连续法进行离散，流体流动采用有限体积法离散，然后构建流固耦合方程组使用牛顿迭代求解。

步骤7：通过流量差异系数、缝长差异系数定量评价各簇裂缝的流量分配均衡程度与多簇裂缝扩展均匀程度；

其中流量差异系数和缝长差异系数分别为：

式中：

通过具体情况设定流量差异系数标准线为a％，缝长差异系数标准线为b％，来定量评价各簇裂缝的流量分配均衡程度与多簇裂缝扩展均匀程度。

步骤8：将步骤1的参数代入步骤6模拟不同射孔参数和压裂参数下裂缝扩展的延伸轨迹，通过步骤7定量评价。

其中将步骤1的地质参数和工程参数带入到步骤5中考虑孔眼冲蚀的段内多簇裂缝扩展模型中，得到不同射孔参数和压裂参数下裂缝轨迹、孔眼扩径量、流量分配占比、流量差异系数和缝长差异系数来定量评价各簇裂缝的流量分配均衡程度与缝长均匀程度。

实施例：

第一步：获取地质参数和工程参数，如表1所示。

表1基本输入参数

第二步：根据现场资料统计了部分压裂段支撑剂注入总量与压裂前后孔眼直径变化量，并计算出平均单簇支撑剂注入量与平均单孔眼扩径量，并假设在相同支撑剂注入量情况下孔眼磨蚀总面积相等，进而计算出不同射孔数目条件下孔眼平均扩径量并进行线性拟合，如图1所示。同时，对不同射孔数目下单位支撑剂注入量孔眼平均扩径量进行统计。进而得到孔眼直径计算表达式。

第三步：将表1的参数带入本发明建立的考虑孔眼冲蚀的段内多簇裂缝扩展模型，模拟射孔孔数为3孔、8孔、12孔和16孔下多簇裂缝扩展形态。

第四步：在本实施例中设置流量差异系数标准线为20％，流量差异系数大于标准线说明各簇裂缝流量分配不均衡。同时设置缝长差异系数标准线为15％，缝长差异系数大于标准线说明多簇裂缝扩展不均匀。

第五步：模拟的不同射孔数目孔眼扩径量如图2所示，随着射孔数目的增加，孔眼直径扩径量增加趋势更为平缓；模拟的不同射孔孔径多簇裂缝扩展形态如图3所示，随着射孔数目的增加，多簇裂缝非均衡扩展程度增加；进一步得到不同射孔数目流量和缝长差异系数如图4所示，随着射孔数目的增加，各簇裂缝非均匀进液程度与多簇裂缝非均衡扩展程度增加，流量差异系数由2.18％增加至37.15％，缝长差异系数由5.52％增加至24.70％。

以上所述，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已通过上述实施例揭示，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，可利用上述揭示的技术内容作出些变动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。