基于三维离散裂缝网络的水力压裂全耦合流体力学模拟

• 作者: Jian Huang Mark W.McClure Mohsen Babazadeh Sogo Shiozawa 刘慧盈 张峰
• 来源期刊: 石油科技动态
• 年，卷（期）: 2016,（9）
• 页码范围: 40-59
• 页数: 20页
• 语种: 中文

摘要

基于大型复杂三维离散裂缝网络(DFN)模型,研发了耦合压裂液流动和裂缝形变诱导应力场的水力压裂数值模拟器.高效的程序代码可以进行油田尺度内含有上千条裂缝的离散裂缝网络(DFN)的水力压裂数值模拟,而不需要依赖分布式存储并行计算.数值模拟器能够描述水力裂缝的扩展以及天然裂缝的开启和剪切变形.应力状态、流体压力和力学性质决定了裂缝单元的开启和滑移.裂缝滑移发生在最大分切应力的方向上.法向应力、裂缝开启、裂缝滑移与裂缝开度和传导率之间的关系用非线性的经验方程来计算.采用能够考虑裂缝内压力随时间变化的半解析一维漏失模型来处理压裂液漏失.裂缝扩展模型基于线弹性断裂力学.用Forchheimer方程(Forchheimer,1901)来模拟由于高流速引起的裂缝内非达西压降.根据裂缝走向和应力各向异性,建立裂缝相交判定准则,预测扩展的水力裂缝是穿过天然裂缝还是在天然裂缝处停止扩展.裂缝扩展过程中在层间的高度控制可以用垂向的非均质应力场来模拟,或者将水力裂缝高度控制显式处理作为模型的假设条件.该模型的局限性在于:所有的裂缝都是垂直缝;力学计算的时候假定介质是线弹性和均质的;没有考虑支撑剂运移的影响;需要提前给定可能形成的水力裂缝的位置.用模拟器分别模拟了考虑漏失和不考虑漏失情况下单条水力裂缝的扩展,并与经典的解析解对比,验证了程序代码的准确性.对一个较为发育天然裂缝的储层进行了油田尺度的水力压裂数值模拟.数值模拟结果显示了地层内的水力裂缝如何与天然裂缝相互作用,有助于解释在低渗透储层改造过程中经常观察到、而经典的水力压裂模型无法预测的高净压力、相对较短的裂缝长度和大面积的微地震显示区域等现象.通过控制输入参数,模拟器可以预测多种压裂改造结果,从水力裂缝几乎没有漏失到周围裂缝而形成长裂缝,到产生许多天然裂缝和新生裂缝组成的分叉网络而形成大面积的密集压裂区域.