[发明专利]一种气藏人工裂缝导流能力蠕变损伤评价及防治方法

权利要求书

1.一种气藏人工裂缝导流能力蠕变损伤评价及防治方法，依次包括以下步骤：

(1)选取目标储层岩样进行蠕变实验，绘制蠕变过程中岩样的应变ε-时间t曲线；

(2)运用分数阶Kelvin模型与蠕变过程中岩样的应变ε-时间t曲线进行拟合，分数阶Kelvin模型拟合公式如下：

式中，ε——蠕变过程中的岩样应变，无量纲；

E_v——岩样的黏性模量，MPa；

α——求导阶数，无量纲；

t——时间，s；

τ——分数阶弛 豫时间，s^α；

σ_z——岩样的轴向压差，MPa；

n——自然数集，0，1，2，3…；

T——积分变量，取值为[0，∞]；

将其与应变ε-时间t曲线拟合，得到岩样黏性模量E_v、分数阶弛 豫时间τ、求导阶数α；

(3)将人工裂缝宽度D、岩样黏性模量E_v、分数阶弛 豫时间τ、求导阶数α代入下式，获得考虑蠕变损伤的人工裂缝导流能力F_RCD和人工裂缝渗透率K_FR：

式中，d——支撑剂直径，mm；

v₁——支撑剂的泊松比；

E₁——支撑剂的弹性模量，MPa；

v₂——储层岩样的泊松比；

——拉氏空间中的储层岩样弹性模量，MPa；

E₂——储层岩样的弹性模量，MPa；

——拉氏空间中的人工裂缝任意位置处的压力，MPa；

p——人工裂缝中任意位置处的压力，MPa；

s——拉氏变量，s^-1；

(4)计算气井累积产量的蠕变损害率，过程如下：

建立气井产能模型，在x-y直角坐标系下，储层长度和宽度分别表示为L_x和L_y，x方向上将L_x划分为n_i段，y方向上将L_y划分为n_j段，储层被划分成n_i×n_j的基质网格，(i,j)代表着每个网格单元的编号，x_i,j和y_i,j分别代表着每个网格单元的长度和宽度；人工裂缝被基质网格切分为n_l个人工裂缝单元，第l段人工裂缝单元的长度为ξ_l，同时建立裂缝的局部坐标系，ξ为裂缝局部坐标系中的裂缝方向，则有：

a)裂缝和基质的两相渗流微分方程为：

S_mg＝1-S_mw

S_Fg＝1-S_Fw

P_mc＝P_mg-P_mw

式中，K_Frw、K_Frg——人工裂缝水相、气相的相对渗透率，无量纲；

K_F——人工裂缝渗透率，D；考虑蠕变损伤时K_F＝K_FR，未考虑蠕变损伤时K_F＝K_F0，K_F0为人工裂缝的初始渗透率；

V_F——人工裂缝的体积，m³；

q_Fw、q_Fg——人工裂缝中水相、气相的源汇项，m³/s；

S_Fw、S_Fg——人工裂缝中水相、气相的饱和度，无量纲；

φ_F、φ_m——人工裂缝、基质的孔隙度，无量纲；

P_F——人工裂缝水相和气相压力，MPa；

μ_w、μ_g——水相、气相的粘度，mPa·s；

B_w、B_g——水相、气相的体积系数，m³/m³；

K_m、K_m0——基质的渗透率、基质的初始渗透率，D；

P_mw、P_mg——基质中水相、气相的压力，MPa；

P_mc——基质中的毛管压力，MPa；

K_mrw、K_mrg——基质中水相、气相的相对渗透率，无量纲；

S_mw、S_mg——基质中水相、气相的饱和度，无量纲；

β——单位转换系数，取β＝0.001；

t——时间，s；

ξ——裂缝局部坐标系中的裂缝方向；

δ_m——方程参数，基质网格有裂缝穿过时δ_m＝1，基质网格无裂缝穿过时δ_m＝0；

b)初始条件包括初始压力及初始饱和度的分布，即：

式中，P_F0(x,y)——人工裂缝中初始气相压力分布，MPa；

P_mg0(x,y)——基质中初始气相压力分布，MPa；

x、y——分别表示直角坐标体系下的横、纵坐标值；

式中，S_Fw0(x,y)——人工裂缝中初始含水饱和度分布，无量纲；

S_mw0(x,y)——基质中初始含水饱和度分布，无量纲；

c)内边界条件为：

式中，x_w、y_w——气井所在网格单元的横、纵坐标值，m；

P_wf——井底流压，MPa；

d)外边界条件为：

式中，L_x,L_y——分别表示储层长度和储层宽度，m；

对产能模型进行数值求解，得到不同时间的人工裂缝含气饱和度S_Fg和基质含气饱和度S_mg，由此获得时间t储层中每个基质网格单元的气相饱和度S_{mg i,j,t}以及每个人工裂缝单元的气相饱和度S_{Fg l,t}，从而通过下式计算生产至时间t的气井累积产气量Q：

式中，Q——生产至时间t累积气井产气量，m³；

i,j——基质的网格坐标；

n_i,n_j——基质网格中x方向上和y方向上的网格总数；

n_l——人工裂缝单元的个数；

S_{mg i,j,0}——i,j位置处网格中的初始气相饱和度；

S_{mg i,j,t}——i,j位置处网格在时间t的气相饱和度；

x_i,j,y_i,j——i,j位置处网格的长度和宽度，m；

S_{Fg l,0}——第l段人工裂缝单元中的初始气相饱和度；

S_{Fg l,t}——第l段人工裂缝单元在时间t的气相饱和度；

ξ_l——第l段人工裂缝单元的长度，m；

h_F——人工裂缝的高度，m；

h——储层厚度，m；

当K_F＝K_FR时，上式计算得到的是考虑蠕变损伤的累积产气量Q₁；当K_F＝K_F0时，上式计算得到的是没有考虑蠕变损伤的累积产气量Q₂，通过下式计算累积产量的蠕变损害率C：

当C≤5％时，蠕变的影响很小，储层不易发生蠕变损伤；当5％＜C≤10％时，储层具有蠕变损伤敏感性，通过调整压裂工艺参数有效避免蠕变损伤；当C＞10％时，储层具有较强的蠕变损伤敏感性；

(5)重复步骤(3)～(4)，计算人工裂缝铺砂浓度分别为5kg/m²、7.5kg/m²、10kg/m²、12.5kg/m²、15kg/m²的累积产量蠕变损害率，绘制累积产量的蠕变损伤图版，横坐标表示铺砂浓度，纵坐标表示累积产量蠕变损害率，确定蠕变损伤防治方法如下：

若铺砂浓度N在5kg/m²时C≤5％，该井按照开发方案的推荐参数进行现场压裂施工；

若铺砂浓度N在5kg/m²时5％＜C≤10％，或出现铺砂浓度N在5kg/m²时C＞10％，增加铺砂浓度后出现C≤10％的情况，通过调整支撑剂粒径、支撑剂的铺砂浓度和返排制度避免蠕变损伤；

若铺砂浓度N达到15kg/m²后，累积产量蠕变损害率C依旧高于10％，只能通过增加铺砂浓度的方式，降低蠕变损伤的影响。

2.如权利要求1所述的一种气藏人工裂缝导流能力蠕变损伤评价及防治方法，其特征在于，所述步骤(3)中，人工裂缝宽度D通过下式计算得到：

式中，D——人工裂缝宽度，mm；

N——支撑剂的铺砂浓度，kg/m²；

ρ——支撑剂体积密度，kg/m³。