能源——天然裂隙储层的损伤力学模型及在3维压裂数值模拟中的应用.pdfVIP

2016 Simulia China Regional User’s Meeting, Shanghai, China, 2016 November 1 to 2 天然裂隙储层的损伤力学模型及在3维压裂数值模拟中的应用 Guoyang Shen （沈国阳）, GTS, Houston, TX, USA; 沈新普, 北方工业大学 3D NUMERICAL MODELING OF MULTISETS OF NATURAL FRACTURES WITH ORTHOTROPIC CONTINUUM DAMAGE AND ITS APPLICATIONS IN HYDRAULIC FRACTURING Guoyang Shen, GTS, Houston, TX, USA; Xinpu Shen, North China University of Technology 摘要: 天然裂隙对致密油和致密气储层压裂的成功实施有重要影响。本文给出了一个描述多组天然裂隙的张量损 伤模型，并给出了确定相关的正交各向异性渗透系数的计算公式、原理和流程。损伤变量的演化采用了全 量模式。 在此基础上，本文给出了使用损伤变量模拟储层压裂的 3 维数值计算实例。在这个例子中，渗透系数张 量依赖于损伤张量。天然裂隙的参数决定了初始损伤张量的大小，并进一步决定了渗透系数张量的值。计 算中考虑了两种情况：第一种情况下，天然裂隙主方向与最大水平地应力之间有一个夹角；第二种情况下 两者的方向一致。文章给出了两种情况下压裂引起的损伤场的分布、以及孔隙压力的分布。 1．引言 对天然裂隙及其在油藏储层力学分析中的作用的研究已经有超过 50 年的历史，有丰富的参考文献。天然裂 隙对致密储层水力压裂施工效果有重要影响 (Carnes 1966; Parvizi et al. 2015; Potluri et al. 2005; Rodgerson 2000; Shahid et al. 2015) 。这里，我们首先简要回顾一下相关概念。常用的天然裂隙的种类有：  节理：张开的天然裂隙(I-型裂纹) ；  断层：剪切滑移形成的天然裂隙，通常是闭合的(II-型和III-型裂纹) ；  缝合岩面：正面挤压形成的破碎咬合的裂纹面，通常是闭合的。 天然裂隙的几何特性通常包括如下几点：  开度：裂纹开口张开的宽度。  间距：两个相邻裂纹间的距离。有时候用裂纹密度代替间距。  裂纹密度：单位长度上的裂纹数。有时候用间距代替密度。  长度和宽度：这两个量组成裂纹面积。 天然裂隙的方向角、和倾角也是其几何属性。 上述的裂纹几何属性可以通过测量得到。这些测量包括直接的测量和间接的测量。其中直接的测量有： 1）实验室岩芯测量；2 ）井壁录影；3 ）井壁摄像；等。间接的测量方式有各种测井数据，以及地震波数据， 和根据产出数据反演得到的天然裂隙数据。 直接测量由于辨识度的限制，摄像及录像等只能得到达到一定尺寸以上的天然裂隙，太小的裂隙观测不 到。间接测量计算得到的天然裂隙则没有这些局限性。使用反演分析得到的天然裂隙信息是等效天然裂隙 系统的信息，并不能分别精确给出开度和密度的具体数值。 在渗流分析中用到的天然裂隙的信息为  孔隙率;  渗透率;  连通性. 天然裂隙的上述渗流特性可以通过测井数据计算得出(声波测井、中子密度测井、等). 这些特性也可以通 过根据试井和井底压力测试数据进行的反演计算。根据对天然裂隙和岩石基体各自的孔隙率和渗透率的不 同处理方式，各种不同的渗流模型有：  单孔单渗模型：模型为裂隙和基体的混合体，只有一个孔隙率、一个渗透率参数；  双孔单渗：模型为裂隙和基体的组合体，有各自的孔隙率，但是渗透率只有一个，或者说二者相同。  双孔双渗：模型为裂隙和基体的组合体，有各自的孔隙率、各自的渗透率参数； 2016 Simulia China Regional User’s Meeting, Shanghai, China, 2016 November 1 to 2 具有裂隙的储层即裂隙储层，它的基体可以看作是被裂隙切割成很多小块儿。裂隙的渗透率明显高于基 体的渗透率。但是基体的孔隙率要明显高于裂隙的孔隙率。理论上说，使用双孔双渗模型得到的渗流分析 结果比使用单孔单渗模型得到的结果要更精确。 双孔单渗模型是对双孔双渗模型