一种基于裂缝扩展模拟的分布式光纤应变监测方法与流程

文档序号:24491173发布日期:2021-03-30 21:16阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种基于裂缝扩展模拟的分布式光纤应变监测方法,其特征在于,包括如下步骤:

步骤s10:获取参数信息,并建立裂缝扩展与光纤应变监测的物理模型,其中,所述参数信息包括井筒及压裂完井信息、油藏地质参数、光纤位置以及压裂施工参数信息;

步骤s20:建立耦合井筒流动的平面三维水力压裂裂缝扩展计算模型;

步骤s30:建立压裂过程光纤应变与应变率计算模型;

步骤s40:离散数据进行光滑化处理,绘制光纤应变与压裂井注入时间、光纤应变率与压裂井注入时间的云图;

步骤s50:建立光纤应变与应变率信号的典型图版和判断裂缝碰撞到光纤监测井的模型,并根据实际信号拟合地层参数。

2.如权利要求1所述的基于裂缝扩展模拟的分布式光纤应变监测方法,其特征在于,所述步骤s10包括:

获取压裂井和监测井的井筒参数、压裂完井信息、油藏地质参数以及压裂施工参数信息;

根据地质和工程参数,建立裂缝扩展与光纤应变监测的物理模型,其中,所述裂缝扩展与光纤应变监测的物理模型包括计算域几何模型、油藏地质模型和井筒几何模型。

3.如权利要求2所述的基于裂缝扩展模拟的分布式光纤应变监测方法,其特征在于,所述压裂井和监测井的井筒参数包括井筒内径、井壁粗糙度、井筒长度、压裂井和监测井的井距、压裂井和监测井的深度差;

所述压裂完井信息包括簇间距、簇数、射孔参数;

所述油藏地质参数包括最小水平井主应力的纵向与横向分布、岩石杨氏模量、泊松比、断裂韧性、滤失系数;

所述压裂施工参数信息包括施工排量、液体黏度。

4.如权利要求2所述的基于裂缝扩展模拟的分布式光纤应变监测方法,其特征在于,所述步骤s20包括:井筒流动模型、裂缝宽度与压力的流固耦合方程和裂缝动边界。

5.如权利要求4所述的基于裂缝扩展模拟的分布式光纤应变监测方法,其特征在于,所述井筒流动模型的建立过程如下:

井筒到各簇裂缝的分流满足质量守恒和压力连续条件,式(1)和式(2)构成井筒流动模型,式(1)和式(2)如下:

pw=pp,k+pc,k+pin,k(2)

式(2)中

式(2)中

其中,qt为一段开启nf条裂缝的情况,注入总流量,qi为第i条分支裂缝流量;

pw为每条裂缝构成的分支回路的压力;

k=1,2,......,nf;

pp,k为k裂缝的射孔摩阻,mpa;

ρ为液态密度,kg/m3

pc,k为井口到k裂缝的井筒流动摩阻,mpa;

pin,k为k裂缝的入口压力,mpa;

nk为k射孔簇的射孔数量;

dk为k射孔簇的射孔直径,mm;

k为射孔磨蚀修正系数,无因次;

fc为沿程摩阻系数,无因次;

dw为压裂管柱内径,m;

lk为井口到k裂缝的管柱长度,m;

ε为压裂管柱的内壁粗糙度,m;

vw为井筒内液体流速,m/s;

re为雷诺数,re=dwρvw/μ;

μ为液体粘度,mpa·s。

6.如权利要求4所述的基于裂缝扩展模拟的分布式光纤应变监测方法,其特征在于,所述裂缝宽度与压力的流固耦合方程的建立过程如下:

岩石变形通过边界元方法计算,计算式如下:

p-σh=cw(5)

缝内流动满足质量守恒和层流方程,对缝内流动方程的空间项进行有限体积离散,得到流动方程的一阶微分方程形式:

其中,p为缝内压力向量,mpa;σh为最小主应力向量,mpa;c为影响系数矩阵,mpa/m;w为缝宽向量,m;θ为系数,0≤θ≤1;w0、p0分别为上一步宽度和压力分布;a(w)为流动方程的系数矩阵;s为源汇项;

将式(5)带入式(6),得到所述裂缝宽度与压力的流固耦合方程:

井筒模型得到各簇裂缝进液流量后,求解式(7)可得到更新单元宽度和压力分布;同时式(7)得到的井底压力与井筒模型进行对比,直至收敛。

7.如权利要求4所述的基于裂缝扩展模拟的分布式光纤应变监测方法,其特征在于,所述裂缝动边界的建立过程如下:

裂缝扩展为准静态过程,且满足线弹性断裂力学准则,裂缝尖端满足:

其中,d为距尖端的距离,m;k'=4(2/π)0.5kic,mpa·m0.5;kic为i型断裂韧性,mpa·m0.5;e’为平面应变杨氏模量,e’=e/(1-v2),mpa;w为缝宽向量,m;

根据式(8)可得到单元发生扩展的临界宽度,通过比较当前时刻尖端单元的宽度是否达到临界宽度,若达到则增加单元,否则单元数量不增加。

8.如权利要求2所述的基于裂缝扩展模拟的分布式光纤应变监测方法,其特征在于,所述步骤s30包括:

光纤所在位置的地层位移为:

其中,i1和i2为影响系数;wj为j单元的宽度,m;n为单元数量;y=y-yj,m;y和yj分别为光纤监测点和单元j的坐标,m;

不考虑光纤与水泥交界面的剪切以及温度作用,则地层位移即为光纤监测位移;根据边界元计算原理,光纤监测点的应变计算公式为

其中,εf(y)为y点的光纤监测应变,无因次;l为测量点间距,m;uf为光纤所在位置的地层位移;

光纤应变率为

其中,t为某个注入时刻,min;

△t为时间步增量,min;

v为岩石泊松比,无因次。

9.如权利要求2所述的基于裂缝扩展模拟的分布式光纤应变监测方法,其特征在于,所述步骤s40包括:

通过步骤s30计算得到光纤每个测点的应变和应变率,采用高斯滤波方法对应变和应变率数据进行数据光滑化;

将数据进行对数处理,并根据光滑后的应变和应变率,绘制分布式光纤监测点的应变与应变率随时间变化的云图,并将改云图与施工压力曲线进行对比,分析施工过程光纤监测应变及应变率关系。

10.如权利要求2所述的基于裂缝扩展模拟的分布式光纤应变监测方法,其特征在于,所述步骤s50包括:

建立单缝扩展过程监测井光纤应变和应变率的典型图版,分析裂缝扩展光纤应变和应变率信号变化特征;

建立多缝扩展过程监测井光纤应变和应变率的典型图版,分析多裂缝扩展光纤应变和应变率信号变化特征;

根据实际监测井的光纤应变和应变率特征,基于马尔科夫链蒙特卡洛算法建立应变与应变率反演模型,通过改变地层参数,实现模拟结果与监测结果的拟合,进而确定地层参数。


技术总结
本发明实施例涉及一种基于裂缝扩展模拟的分布式光纤应变监测方法,该基于裂缝扩展模拟的分布式光纤应变监测方法,包括如下步骤:步骤S10:获取参数信息,并建立裂缝扩展与光纤应变监测的物理模型,其中,所述参数信息包括井筒及压裂完井信息、油藏地质参数、光纤位置以及压裂施工参数信息;步骤S20:建立耦合井筒流动的平面三维水力压裂裂缝扩展计算模型;步骤S30:建立压裂过程光纤应变与应变率计算模型;步骤S40:离散数据进行光滑化处理,绘制光纤应变与压裂井注入时间、光纤应变率与压裂井注入时间的云图;步骤S50:建立光纤应变与应变率信号的典型图版和判断裂缝碰撞到光纤监测井的模型,并根据实际信号拟合地层参数。

技术研发人员:陈铭;郭天魁;刘晓强;齐宁;徐建春;罗明良;刘德新;王森;吴飞鹏;孙永鹏;王文东
受保护的技术使用者:中国石油大学(华东)
技术研发日:2020.12.09
技术公布日:2021.03.30
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