[发明专利]一种基于离散元流固耦合的多簇压裂裂缝形态预测方法

说明书

本发明公开了一种基于离散元流固耦合的多簇压裂裂缝形态预测方法，本发明根据二维圆盘颗粒模型建立流体压力的增量方程；根据所要达到的流体与固体的耦合作用建立流体的变化引起的流体空间内压力的变化方程；模拟层理对裂缝在高度上的扩展，进而明确层理对缝高的影响程度，模拟裂缝沿裂缝长度方向上的扩展，进而明确裂缝延伸的主控因素，最后对压裂工艺和施工参数进行优化。本发明基于离散元方法，考虑层理和天然裂缝的影响，分别建立起沿裂缝高度方向和沿裂缝长度方向的裂缝扩展模型，模拟分析了裂缝在缝高方向和缝长方向的扩展规律，明确了裂缝延伸的主控因素。

技术领域

本发明涉及页岩压裂技术领域，具体涉及一种基于离散元流固耦合的多簇压裂裂缝形态预测方法。

背景技术

页岩气存于以富有机质页岩为主的储集岩系中的非常规天然气，是连续生成的生物化学成因气、热成因气或二者的混合，可以游离态存在于天然裂缝和孔隙中，以吸附态存在于干酪根、黏土颗粒表面，还有极少量以溶解状态储存于干酪根和沥青质中；

随着勘探技术的突破和商业性开发程度的加深，目前页岩气储层开发已逐步向深层进军。据测算，全球深层页岩气资源量巨大，勘探开发前景十分广阔。深层页岩气开发是世界级难题，深层页岩压裂面临诸多难题：随井深增加，压裂液沿程摩阻增加，施工排量受限，缝内净压力低，造缝能力减弱，砂液比难以提升；温度及压力增加，岩石塑性特征增强，裂缝起裂延伸困难；闭合压力高，支撑剂嵌入严重，各种尺度裂缝窄，裂缝导流能力递减快，长期导流能力难以维持。因此，在深层页岩中形成高效支撑的裂缝网络，提高改造体积，关键是要认识深层页岩压裂缝网形成机理和导流能力的优化，从而提出针对性工艺技术方法。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种基于离散元流固耦合的多簇压裂裂缝形态预测方法,基于离散元方法，考虑层理和天然裂缝的影响，分别通过沿裂缝高度方向和沿裂缝长度方向的裂缝扩展模型，模拟分析裂缝在缝高方向和缝长方向的扩展规律。

本发明采用下述的技术方案：

一种基于离散元流固耦合的多簇压裂裂缝形态预测方法，包括以下步骤：

S1、建立流动方程，根据二维圆盘颗粒模型建立流体压力的增量方程：

式中，K_f为流体的体积模量，V_d为流体空间的体积，Δt为时步，∑qΔt-ΔV_d为流体变化引起流体空间内部体积的变化；

S2、建立流固耦合方程，根据所要达到的流体与固体的耦合作用建立流体的变化引起的流体空间内压力的变化方程：

式中，K_f为流体的体积模量，V_d为流体空间的体积，Δt为时步；

S3、模拟层理对裂缝在高度上的扩展，进而明确层理对缝高的影响程度的主控因素，最后对压裂工艺和施工参数进行优化；

S4、模拟裂缝沿裂缝长度方向上的扩展，进而明确裂缝延伸的主控因素，最后对压裂工艺和施工参数进行优化。

优选的，所述二维圆盘颗粒模型为：

1)、将颗粒围成的域看作为一个流体空间，并假定空间内的所有参数保持不变；

2)、颗粒间的胶结处存在一个流体通道，负责与其他流体空间相连，可以让液体自由流入流出。

优选的，所述所要达到的流体与固体的耦合作用的条件为：

1)、接触力的变化应引起颗粒间流体通道的变化，或者控制流体通道的开启或关闭；

2)、流体空间内流体体积的变化造成区域压力的改变；