[发明专利]一种暂堵裂缝动态压力与扩展轨迹的预测方法

说明书

本发明公开了一种暂堵裂缝动态压力与扩展轨迹的预测方法，包括：收集计算所需基本参数；通过孔隙介质位移不连续法，结合压力扩散方程建立水力裂缝诱导应力场模型，计算出地层任意点诱导应力分量的大小与孔隙压力；通过对裂缝受力情况和薄弱点位置进行分析得到裂缝起裂模型，将应力场叠加得到裂缝扩展应力场；使用阻力法得到新裂缝与老裂缝之间流量与压力分布情况；结合裂缝扩展准则与流量压力分配情况进行模拟得到裂缝扩展轨迹和其他参数变化情况。本发明提供了一种用于预测新老裂缝间的流量与压力分配情况的方法，能够模拟典型压裂井缝内暂堵裂缝扩展轨迹。

技术领域

本发明涉及石油天然气工程领域，尤其涉及一种暂堵裂缝动态压力与扩展轨迹的预测方法。

背景技术

储层进行缝内暂堵压裂施工后会产生扩展裂缝，主流的裂缝扩展模型主要由流体连续性方程、裂缝缝宽方程、裂缝压降方程组成。裂缝扩展模型的建立经历了由简单到复杂，由二维到三维的转变，三维裂缝扩展模型中加入了裂缝缝高方程。发展过程中较为经典的模型是Khristianovich和Perkins等人建立的KGD和PKN模型，分别适用于缝高远大于缝长和缝长远大于缝高的情况，现常被用来进行对比实验。但在缝内暂堵重复压裂过程中，形成的初始裂缝会诱发井筒周围应力分布二次改变，产生诱导应力场，其会对后续裂缝起裂产生重要影响。

为了准确描述诱导应力场的方向与大小，Sneddon和Elliott最早提出用解析方法计算裂缝诱导应力场，并进一步推导得到了诱导应力场计算公式；后续学者又研究出了包括离散元方法、有限元方法和扩展有限元方法等的数值方法，计算了裂缝的诱导应力分布和相互干扰。解析法计算简单，但没有充分考虑地层性质、裂缝形状、流体作用等因素；数值方法求解精度高，但对参数输入要求也高，计算量相对较大。

为了解决这个难题，Crouch等人创立了名为位移不连续方法的半解析法。与其他计算诱导应力场的方法相比，其只需进行一维网格划分，运算速度得到极大提升，同时能够考虑多种因素影响，计算精度较高。虽然建立了计算诱导应力场的新方法，但在使用位移不连续方法进行研究时没有考虑到流体渗流、压力扩散和孔隙压力变化带来的多孔基体变形和应力重分布，其会对诱导应力场产生影响从而影响裂缝扩展。

同时，对于所有的裂缝扩展模拟研究来说，精确计算多个裂缝中的流量分布是非常重要的。现在的流量分布计算方案基于流体的稳态分布理论，使用牛顿—拉夫逊法求解流量分布的非线性方程组，再通过展开近似解的泰勒级数、展开形成矩阵形式和高斯消去法等数学方法进行求解。但此方法中对于每个时间步长的每次迭代计算都需要求解雅可比矩阵，这不仅会导致多次求解使裂缝扩展模型运算复杂，矩阵的计算不准确还将导致计算结果不稳定甚至发散。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种暂堵裂缝动态压力与扩展轨迹的预测方法。

为达到以上技术目的，本发明提供以下技术方案。

一种暂堵裂缝动态压力与扩展轨迹的预测方法，其特征在于，包括以下步骤：

通过孔隙介质位移不连续法，结合压力扩散方程建立水力裂缝诱导应力场模型，计算出地层任意点诱导应力分量的大小与孔隙压力；

通过对裂缝受力情况和薄弱点位置进行分析得到裂缝起裂模型，将水力裂缝诱导应力场、地应力场、封堵压力与摩阻压力进行叠加得到裂缝扩展应力场；

结合岩石变形模型，基于基尔霍夫定律和水电相似理论，使用阻力法得到转向新裂缝与老裂缝之间流量与压力分布情况；

结合裂缝扩展准则、缝宽缝长变化方程、裂缝扩展应力场与流量压力分配情况进行模拟得到裂缝扩展轨迹和其他参数变化情况。

进一步地，计算所需基本参数包括地层参数、压裂施工参数和暂堵参数。