(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202111600184.1 (22)申请日 2021.12.24 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 114239308 A (43)申请公布日 2022.03.25 (73)专利权人 西南石油大 学 地址 610500 四川省成 都市新都区新都大 道8号 (72)发明人 郭建春　路千里　刘壮　郭彤楼　 刘言　张涛　曾凡辉　张航　曾焱　 任文希　任山　刁素　杨林　 何颂根　何乐　 (74)专利代理 机构 成都其知创新专利代理事务 所(普通合伙) 51326 专利代理师 房立普 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) E21B 43/267(2006.01) G06F 119/02(2020.01) (56)对比文件 CN 113283197 A,2021.08.20CN 1094720 37 A,2019.0 3.15 CN 109033677 A,2018.12.18 CN 108868748 A,2018.1 1.23 CN 106321051 A,2017.01.1 1 US 2020301043 A1,2020.09.24 US 2020386081 A1,2020.12.10 US 20191 12909 A1,2019.04.18 US 20170 51598 A1,2017.02.23 路千里.基 于相场法的页岩水力压 裂裂缝扩 展规律研究. 《中国博士学位 论文全文数据库 工 程科技I辑》 .2021, 任文希.孔隙—裂缝性 致密砂岩液相侵入过 程流固耦合作用研究. 《中国优秀硕士学位 论文 全文数据库 基础科 学》 .2015, R. Lan, Z. Ji nzhou, H. Yo ngquan and X. Xiaowei.Simulati on on Deviatoric Fracture Propa gation Path duri ng Refracturi ng Proces s. 《2010 I nternati onal Conference o n Computati onal and Informati on Sciences》 .201 1, 审查员 邹盼盼 (54)发明名称 一种多尺度高密度压 裂参数优化方法 (57)摘要 本发明公开了一种多尺度高密度压裂参数 优化方法， 包括以下步骤： S1： 建立目标储层的非 均质非连续地质力学模型； S2： 在所述非均质非 连续地质力学模 型的基础上， 布置水平井筒并设 置射孔和泵注参数的正交模拟优化方案； S3： 对 各正交模拟优化方案进行裂缝扩展模拟， 根据裂 缝扩展模拟结果， 以高裂缝密度为原则优选正交 模拟优化方案， 并确定优选方案对应的高密度裂 缝形态； S4： 设计加砂参数的正交优化 设计方案； S5： 对各加砂参数的正交优化设计方案进行压后 产量预测， 以产量最大化为原则优选所述加砂参 数的正交优化设计方案。 本发明采用双原则分步式优化方法， 对射孔、 泵注参数和加砂参数开展 针对性优化， 能够避免出现多解性， 为压裂改造 提供技术支持。 权利要求书2页 说明书8页 附图2页 CN 114239308 B 2022.08.12 CN 114239308 B 1.一种多尺度高密度压裂参数优化方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： S1： 根据目标储层基本资料， 建立目标储层的非均质非连续 地质力学模型； S2： 在所述非均质非连续地质力学模型的基础上， 布置水平井筒并设置射孔和泵注参 数的正交模拟优化方案； S3： 对各正交模拟优化方案进行裂缝扩展模拟， 根据裂缝扩展模拟结果， 以高裂缝密度 为原则优选所述正交模拟优化方案， 并确定优选方案对应的高密度裂缝形态； 步骤S3具体 包括以下子步骤： S31： 利用多簇裂缝流量分配模型计算各正交模拟优化方案中各簇裂缝的动态注入流 量与缝口压力； 多簇 压裂过程中， 各簇的流 量以及压力分布通过基尔霍夫公式求 解： 式中： q0为总注液速率， m3/s； cn为射孔簇数； qi为第i簇注液流速， m3/s； p0为注液压力， Pa； pm,i为第i簇注液压力， Pa； pw,i为簇间流动压降， Pa； ppf,i为第i簇孔眼摩阻， Pa； S32： 以各簇裂缝的动态注入流量与 缝口压力作为边界条件， 利用裂缝流固耦合应力场 模型计算各簇裂缝的动态诱 导应力场； 所述裂缝流固耦合应力场模型为： 式中： ρm为基质密度， kg/m3；üi为质点加速度张量在i方向的分量， m/s2； G为剪切模量， Pa； ui,jj、 uj,ji均为位移增量的张量形式， 1/m； υ为岩石泊松比， 无因次； α为Biot系数， 无因 次； p,i为流体压力梯度， P a； η为阻尼系 数， N·s/m2； Δ为拉普拉斯算符； vi为质点速度张量 在i方向的分量， m/s； S33： 根据 各簇裂缝的动态诱导应力场， 利用相场法裂缝损伤演化模型模拟复杂动态裂 缝扩展， 获取各正交模拟优化方案工况下复杂裂缝 的最终裂缝形态与几何参数； 所述相场 法裂缝损伤演化模型如下 所示： 式中： 为相场变量对 时间的偏导数， 1/s； η'为粘滞系数， Pa ·s； d为裂缝相场变量， 无 因次； Ψ0+为拉张性弹性能密度， J/m3； gc为临界能量释放率， J/m3； l为长度度量参数， 无因 次； Δd为相场增量， 无因次； S34： 利用裂缝复杂程度计算模型计算所述最终裂缝形态的复杂程度， 以最大复杂程度 对应的正交模拟优化方案作为优选方案； 所述裂缝复杂程度计算模型为： 式中： DF为裂缝复杂程度， 无因次； Ns为网格尺度为rs时裂缝单元所占网格数量， 无因 次； rs为网格尺度， 无因次； S4： 以步骤S3确定的高密度裂缝 形态为基础， 设计加砂参数的正交优化设计方案； S5： 对各加砂参数的正交优化设计方案进行压后产量预测， 以产量最大化为原则优选权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114239308 B 2所述加砂参数的正交优化设计方案 。 2.根据权利要求1所述的多尺度高密度压裂参数优化方法， 其特征在于， 步骤S1中， 所 述基本资料包括测井资料、 岩石力学、 地应力、 以及天然裂缝资料。 3.根据权利要求1所述的多尺度高密度压裂参数优化方法， 其特征在于， 步骤S34中， 当 存在不同的正交模拟优化方案具有相同的复杂程度时， 还 包括以下子步骤： S35： 利用裂缝面密度模型计算所述最终裂缝形态的裂缝面密度， 根据所述复杂程度与 所述裂缝面密度， 双指标优选最大裂缝密度对应的正交模拟优化方案作为优选方案 。 4.根据权利要求3所述的多尺度高密度压裂参数优化方法， 其特征在于， 步骤S35 中， 所 述裂缝面密度模型为： 式中： m为裂缝面密度， 1/m； L 为裂缝总长度， m； SE为裂缝外包络线围成面积， m2。 5.根据权利要求1所述的多尺度高密度压裂参数优化方法， 其特征在于， 步骤S4具体包 括以下子步骤： S41： 基于步骤S3确定的高密度裂缝 形态， 计算裂缝完全充满支撑剂时的支撑剂总量； S42： 计算各级裂缝允许进入的支撑剂粒径与其占比， 计算各级粒径最大支撑剂量和最 大铺砂强度； S43： 以所述各级粒径最大支撑剂量和最大铺砂强度为上限， 设计加砂参数的正交优化 设计方案 。 6.根据权利要求1所述的多尺度高密度压裂参数优化方法， 其特征在于， 步骤S5具体包 括以下子步骤： S51： 根据支撑裂缝导 流能力实验确定不同铺 砂强度下 各级有效支撑裂缝流动能力； S52： 基于步骤S3确定的高密度裂缝形态， 结合所述有效支撑裂缝流动能力， 利用裂缝 流动系统模型预测各加砂参数的正交优化设计方案对应的压后产量， 以产量最大化为原则 优选所述加砂参数的正交优化设计方案 。 7.根据权利要求6所述的多尺度高密度压裂参数优化方法， 其特征在于， 步骤S52中， 所 述裂缝流动系统模型包括： 基于局部立方定律建立的裂缝内流动控制方程： 式中： w为裂缝宽度， m； p为流体压力， Pa； μf为液体黏度， Pa ·s； x、 y为流体在网格内的流 动方向， 无因次； ms为流体源项， m/s； Kn为裂缝法向刚度， Pa/m； t为时间， s； 基于达西方程建立的基质渗 流控制方程： 式中： Δ为拉普拉斯算符； km为地层渗透率， m2； qs渗流源项， s‑1； φ为孔隙度， ％； Cm为流 体压缩系数， Pa‑1； 为流体压力对时间的偏导数， Pa/s。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114239308 B 3