一种基于相场法的裂缝扩展模拟压裂设计优化方法与流程

技术特征：
1.一种基于相场法的裂缝扩展模拟压裂设计优化方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1：收集气井的地质参数，根据地质参数建立地质模型，并根据区块天然裂缝发育特征在地质模型上随机生成天然裂缝；步骤2：以地质模型为基础，分别建立相场法损伤演化模型、应力场数学模型和流体流动数学模型，再基于相场法损伤演化模型、应力场数学模型和流体流动数学模型建立相场法页岩水力压裂裂缝扩展数学模型；步骤3：为相场法页岩水力压裂裂缝扩展数学模型设定基本参数；步骤4：根据测录井储层参数和完井参数划分气井段长，然后在相场法页岩水力压裂裂缝扩展数学模型中依次输入不同的压裂调节参数，对比不同压裂调节参数对裂缝扩展形态的影响，从而对各段的压裂参数进行优化。2.根据权利要求1所述的一种基于相场法的裂缝扩展模拟压裂设计优化方法，其特征在于：步骤1中，所述地质参数包括储层参数和天然裂缝参数，其中，储层参数包括埋深、厚度、孔隙度、toc、含气量、脆性指数、地层压力和矿物组，天然裂缝参数包括裂缝长度、裂缝密度、裂缝走向、裂缝方位角和裂缝应力差。3.根据权利要求1所述的一种基于相场法的裂缝扩展模拟压裂设计优化方法，其特征在于：步骤2中，所述相场法损伤演化模型根据泛函与变分原理建立，用于基于势能最小原理进行全局最优计算，实现复杂裂缝转向、分叉、交互过程的自适应扩展路径解算；建立的相场法损伤演化模型为：其中，d—相场变量，无因次；—相场变量对时间求导，η—阻尼系数，pa
·
s；—拉张性弹性能密度，j/m3；g
c
—断裂韧性，pa；l—长度度量参数，无因次；δd—损伤场变化量，无因次。4.根据权利要求1所述的一种基于相场法的裂缝扩展模拟压裂设计优化方法，其特征在于：步骤2中，所述应力场数学模型基于含运动阻尼的波动方程建立，用于实现非均质储层裂缝切割后非连续岩体的复杂应力场、位移场的有效计算；建立的应力场数学模型为：其中，ρ
r
—岩石体密度，kg/m3；a
i
—质点的加速度，m/s2；i,j—表示节点位置，无因次；
σ
ij
—质点应力，pa；x
j
—表示网格在x方向的单位长度，m；α—biot系数，无因次；p—地层孔隙压力，pa；ν—质点速度，m/s；η
d
为阻尼系数，pa
·
s；b
i
—体力，pa。5.根据权利要求1所述的一种基于相场法的裂缝扩展模拟压裂设计优化方法，其特征在于：步骤2中，所述流体流动模型基于基质渗流控制方程与裂缝流动控制方程建立，用于实现复杂裂缝内流动、页岩基质渗流计算。6.根据权利要求5所述的一种基于相场法的裂缝扩展模拟压裂设计优化方法，其特征在于：步骤2中，所述的基质渗流控制方程为：其中，p—地层孔隙压力，pa；x,y—表示网格在x,y方向的单位长度，m；μ—流体粘度，pa
·
s；k—岩石渗透率，m2；q
v,cell
—网格体积注入量，s-1
；c—岩石压缩系数，pa-1
；φ—岩石孔隙度，％。t—单位时间，s。7.根据权利要求5所述的一种基于相场法的裂缝扩展模拟压裂设计优化方法，其特征在于：步骤2中，所述的裂缝流动控制方程为：其中，n
k
—n
k
＝1或0(k＝x,y)，当流体流向与方向k同向，n
k
＝1，流体流向与方向k不同向时，n
k
＝0；μ—流体粘度，pa
·
s；δl—单元长度，m；w—裂缝缝宽，m；p—流体压力，pa；q
m,cell
—网格源项，kg/(m3·
s)；ρ0—流体密度，kg/m3；c—岩石压缩系数，pa-1
；k
n
—裂缝法向刚度，pa/m。8.根据权利要求1所述的一种基于相场法的裂缝扩展模拟压裂设计优化方法，其特征
在于：步骤3中，为相场法页岩水力压裂裂缝扩展数学模型设定的基本参数包括最大水平主应力、最小水平主应力、地层压力、渗透率和孔隙度。9.根据权利要求1所述的一种基于相场法的裂缝扩展模拟压裂设计优化方法，其特征在于：步骤4中，所述压裂调节参数包括射孔簇数、簇间距、单段施工液量和施工排量。10.根据权利要求9所述的一种基于相场法的裂缝扩展模拟压裂设计优化方法，其特征在于：步骤4中，优化时，在相场法页岩水力压裂裂缝扩展数学模型中输入调节参数进行裂缝扩展形态模拟，再选取模拟裂缝扩展后形态最佳、储层改造面积最大的参数作为优化后压裂参数，依此依次完成各段压裂参数的优化。

技术总结
本发明公开了一种基于相场法的裂缝扩展模拟压裂设计优化方法，包括：1：建立地质模型，并在地质模型上随机生成天然裂缝；2：建立相场法损伤演化模型、应力场数学模型和流体流动数学模型，再建立相场法页岩水力压裂裂缝扩展数学模型；3：为相场法页岩水力压裂裂缝扩展数学模型设定基本参数；4：根据测录井储层参数和完井参数划分气井段长，在相场法页岩水力压裂裂缝扩展数学模型中依次输入不同的压裂调节参数实现对各段的压裂参数进行优化。本发明通过使用连续变化的相场来模拟岩体损伤，不需要对缝尖进行特殊处理，基于势能最小原理自适应计算断裂缝转向、分叉、相交，直接求解效率高，利于实现水平井分段多簇压裂复杂裂缝扩展形态模拟。模拟。模拟。


技术研发人员：袁灿明 王荣 管彬 何乐 任勇 曾凌翔 邹龙庆 毛虎 吴晓容 曾晶
受保护的技术使用者：中国石油集团川庆钻探工程有限公司
技术研发日：2021.08.10
技术公布日：2023/2/17