[发明专利]一种耦合页岩气藏水力压裂返排生产过程一体化模拟方法

说明书

本发明公开了一种耦合页岩气藏水力压裂返排生产过程一体化模拟方法，该包含：(S1)基于地层天然裂缝分布、就地应力大小与方向，设定裂缝潜在扩展路径；(S2)以所有潜在裂缝为网格边界，采用三角形单元将空间剖分为非结构化网格；(S3)采用基于非结构化网格的气水两相离散裂缝模型对压裂、返排、生产过程中裂缝及基质网格中压力、饱和度进行计算；(S4)裂缝扩展过程模拟；(S5)当压裂裂缝向前扩展遇到天然裂缝时，对裂缝相交行为判断；(S6)压裂扩展过程模拟结束后，返排及生产过程模拟。本发明的方法结合离散裂缝模型与动态裂缝，考虑地层中压裂液与页岩气的两相流动，实现了对页岩气藏水力压裂返排生产过程的一体化模拟。

技术领域

本发明涉及一种页岩气藏水力压裂模拟方法，具体涉及一种耦合页岩气藏水力压裂返排生产过程一体化模拟方法。

背景技术

水力压裂已经成为油气藏，尤其是页岩气藏增产改造的有效手段，但长久以来，水力压裂模拟软件大多只是考虑了水力压裂过程中，压裂液注入地层导致岩石破裂及裂缝扩展的特征变化，没有考虑地层中流体与压裂液之间的两相渗流关系，只考虑单一流体的注入压裂模拟从而导致了大多数压裂模拟无法反应压裂液的注入对地层基质及油气的影响。若能准确描述压裂过程中的注入压裂液与储层流体之间的相互作用及流动变化，分析压裂过程中真实的地层压力的变化及渗透特征，并与后续闷井、生产过程实现耦合模拟，不仅有利于压裂过程中裂缝扩展特征的研究，甚至对于实现油气藏改造生产，实现压裂—生产一体化优化设计同样具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种耦合页岩气藏水力压裂返排生产过程一体化模拟方法，该方法解决了现有模拟方法未考虑到两相渗流关系的问题，结合离散裂缝模型与动态裂缝设计，考虑了地层中压裂液与页岩气的两相流动，实现了对页岩气藏水力压裂-返排-生产过程的一体化模拟。

为了达到上述目的，本发明提供了一种耦合页岩气藏水力压裂返排生产过程一体化模拟方法，该包含：

(S1)基于地层天然裂缝分布、就地应力大小与方向，设定所有压裂裂缝均垂直于最小水平主应力方向，并设定裂缝的扩展路径，将其分为：压裂裂缝、天然裂缝；

(S2)以所有潜在裂缝为网格边界，采用基于三角形单元的非结构化网格对空间进行网格剖分，并在裂缝周边进行网格加密，天然裂缝及压裂裂缝单元与相邻基质网格边界重合，初始时刻所有裂缝单元闭合；

(S3)在压裂开始时，设定与射孔相连接的压裂裂缝单元已开启，以向射孔点的注水过程代替压裂液注入过程，基于三角形非结构化网格的气水两相离散裂缝模型计算裂缝单元开度w(x)、渗透率K_f，基于流体的渗流特征计算单元间传导率T，获得各类单元间传导率T后，采用常规气水两相流动数值模拟方法对压裂、返排、生产过程中裂缝及基质网格中压力、饱和度进行计算；

(S4)裂缝扩展过程的模拟：基于气水两相离散裂缝模型计算得到的所有潜在裂缝单元内压力变化特征和应力强度因子准则，判断裂缝单元是否开启：若裂缝尖端I型应力集中因子达到临界值，则裂缝开始扩展；当裂缝开始扩展，则激活与当前裂缝相邻的裂缝单元，进行裂缝扩展过程模拟；

(S5)当压裂裂缝向前扩展遇到天然裂缝时，进行裂缝相交行为的判断：基于天然裂缝属性、方位、基质力学属性、地应力方位及大小判断压裂裂缝是否穿过相遇的天然裂缝，若在沿天然裂缝的临界半径r_c处基质所受周向应力大于岩石抗拉强度，则有新的压裂裂缝在天然裂缝壁面生成；若在该临界半径r_c位置天然裂缝已发生滑移，则天然裂缝破坏发生在新裂缝生成之前，压裂裂缝无法穿过天然裂缝；若在该临界半径r_c位置天然裂缝未发生滑移，则压裂裂缝穿过天然裂缝，继续沿原路径扩展；

(S6)压裂裂缝扩展过程模拟结束后，将压裂井关闭，以压裂后地层饱和度和压强为初始条件，模拟闷井过程；待闷井结束后，将注水井改为生产井，以定压生产的方式进行生产，用以模拟气水两相返排过程及页岩气的生产过程。