一种水合物储层水力压裂裂缝转向扩展模拟方法

技术领域

本发明涉及水合物储层水力压裂数值模拟领域，是一种利用扩展有限元发模拟水力压裂的方法。

背景技术

海域天然气水合物储层以泥质粉砂型为主，渗透率低，开采难度大。目前常用的注热、降压等开采方法，生产成本过高，难以实现水合物的商业化开采。水力压裂是一种有效的增产改造方法，掌握水合物储层中水力压裂裂缝转向的扩展规律，可为海域水合物的高效开发提供理论支撑。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水合物储层水力压裂裂缝转向扩展模拟方法，以模拟不同地应力分布、射孔方位角和压裂液排量等参数条件下水力裂缝转向扩展行为，明确各参数对裂缝转向扩展程度的影响，掌握裂缝转向扩展路径，有利于深入理解水力裂缝在水合物储层中的扩展规律。

为达到上述目的，本发明具体提供下述技术方案：

一种水合物储层水力压裂裂缝转向扩展模拟方法，包括如下步骤：

步骤100：建立几何模型，包括初始裂缝；

步骤200：对几何模型进行网格划分；

步骤300：对物理模型参数进行设置；

步骤400：对物理模型中边界条件和初始条件进行设置，开展模拟；

步骤500：对模拟结果进行后处理，后处理过程包括查看不同射孔角度、不同压裂液排量和不同地应力分布情况下的裂缝转向扩展情况。

作为本发明的一种优选方案，所述几何模型包括储层模型和裂缝模型，其中，步骤100的具体设置过程为：

建立储层物理模型为正方形，边长为50m，在中心位置设置初始对称裂缝，缝长为1m；

对裂缝进行初始角度设定，角度为与最大主应力方向的夹角，分别设置为30°、45°和60°。

作为本发明的一种优选方案，步骤200的具体设置过程为：

对整个储层进行四边形网格划分，网格边长尺寸为0.1m。

作为本发明的一种优选方案，步骤300的具体设置过程为：

对储层设置基本物性参数，包括弹性模量、泊松比、孔隙度、渗透率、饱和度、抗拉强度、滤失率等；

对压裂液设置基本物性参数，包括粘度、注入储层的排量。

作为本发明的一种优选方案，步骤400中具体设置过程为：

(a)采用的模型计算方法为：

(1)平衡方程：

多孔介质的应力平衡可用虚功原理表示，储层介质的虚功与作用在该介质上作用力所产生的虚功相等，即；

其中，t—面力，N；

f—体力，N；

δε—虚位移；

δu—虚应变；

u—虚应变；

D

(2)连续方程：

其中，k′—初始渗透率张量和液体密度的乘积；

k

K

φ一孔隙度，dless；

g一重力加速度，m/s

(3)有限元方程：

定义形函数

其中，

将形函数带入平衡方程，得：

其中

k＝∫

df＝∫

流量边界条件：

其中，n—流量边界的单位法向量；

q

(b)设定边界条件和初始条件

对储层四条边界设置垂向位移为0，边界孔压为定压0MPa，整个储层的孔隙被流体饱和，初始孔压为0；

(c)设定压裂液注入时长

设定压裂液的注入时间，定排量注入；

(d)提交模型，开展模拟

作为本发明的一种优选方案，步骤500的具体设置过程为：

对模拟结果进行后处理，后处理过程包括提取水合物储层的水力压裂裂缝扩展路径，查看不同射孔角度、不同压裂液排量和不同地应力分布情况下的裂缝转向扩展情况。

本发明与现有技术相比较具有如下有益效果：

本发明利用扩展有限元方法模拟了水合物储层的水力压裂裂缝扩展模拟，可以真实反映裂缝的扩展路径，对不同参数对水合物储层水力裂缝的扩展情况进行了模拟，对各影响因素进行分析，确定了各参数对裂缝扩展的影响程度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

图1为本发明实施例中的流程示意图；

图2本发明实施例中的水合物储层水力压裂裂缝转向扩展模拟结果图；

图3本发明实施例中提取模拟结果的裂缝扩展路径；

图4本发明实施例中不同排量不同射孔角度不同地应力分布条件下的裂缝扩展模拟结果；

图5本发明实施例中的裂缝扩展对比图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。

如图1所示，一种水合物储层水力压裂裂缝转向扩展模拟方法，包括如下步骤：

步骤100：建立几何模型，包括初始裂缝；

步骤200：对几何模型进行网格划分；

步骤300：对物理模型参数进行设置；

步骤400：对物理模型中边界条件和初始条件进行设置，开展模拟；

步骤500：对模拟结果进行后处理，后处理过程包括查看不同射孔角度、不同压裂液排量和不同地应力分布情况下的裂缝转向扩展情况。

所述几何模型包括储层模型和裂缝模型，其中，步骤100的具体设置过程为：

建立储层物理模型为正方形，边长为50m，在中心位置设置初始对称裂缝，缝长为1m；

对裂缝进行初始角度设定，角度为与最大主应力方向的夹角，分别设置为30°、45°和60°。

步骤200的具体设置过程为：

对整个储层进行四边形网格划分，网格边长尺寸为0.1m。

步骤300的具体设置过程为：

对储层设置基本物性参数，包括弹性模量、泊松比、孔隙度、渗透率、饱和度、抗拉强度、滤失率等；

对压裂液设置基本物性参数，包括粘度、注入储层的排量。

步骤400中具体设置过程为：

(a)采用的模型计算方法为：

(1)平衡方程：

多孔介质的应力平衡可用虚功原理表示，储层介质的虚功与作用在该介质上作用力所产生的虚功相等，即；

其中，t—面力，N；

f—体力，N；

δε—虚位移；

δu—虚应变；

u—虚应变；

D

(2)连续方程：

其中，k′—初始渗透率张量和液体密度的乘积；

k

K

φ一孔隙度，dless；

g一重力加速度，m/s

(3)有限元方程：

定义形函数

其中，

将形函数带入平衡方程，得：

其中

k＝∫

df＝∫

流量边界条件：

其中，n—流量边界的单位法向量；

q

(b)设定边界条件和初始条件

对储层四条边界设置垂向位移为0，边界孔压为定压0MPa，整个储层的孔隙被流体饱和，初始孔压为0；

(c)设定压裂液注入时长

设定压裂液的注入时间，定排量注入；

(d)提交模型，开展模拟。

步骤500的具体设置过程为：

对模拟结果进行后处理，后处理过程包括提取水合物储层的水力压裂裂缝扩展路径，查看不同射孔角度、不同压裂液排量和不同地应力分布情况下的裂缝转向扩展情况。

图2为水合物储层水力压裂裂缝转向扩展模拟结果图，图3为提取模拟结果的裂缝扩展路径，图4为不同排量不同射孔角度不同地应力分布条件下的裂缝扩展模拟结果，图5为裂缝扩展对比图，通过对其中的裂缝进行提取，并将多条扩展裂缝进行对比而形成。

如下表所示，下表为本实施例中得到个附图结构的参数设定。

表1模拟实例中所使用的参数

以上实施例仅为本申请的示例性实施例，不用于限制本申请，本申请的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本申请的实质和保护范围内，对本申请做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本申请的保护范围内。