本公開(kāi)實(shí)施例涉及石油工程壓裂，具體涉及一種射孔完井破裂壓力預(yù)測(cè)方法、系統(tǒng)、設(shè)備及存儲(chǔ)介質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、在油氣開(kāi)發(fā)過(guò)程中，特別是裂縫性儲(chǔ)層增產(chǎn)改造過(guò)程中，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)射孔壓裂時(shí)孔眼處地層的破裂壓力對(duì)優(yōu)化壓裂施工參數(shù)具有重大意義。

2、目前預(yù)測(cè)射孔壓裂破裂壓力的方法大多需要結(jié)合破裂準(zhǔn)則，且沒(méi)有考慮天然裂縫的影響，實(shí)際壓裂過(guò)程中，射孔孔眼可能會(huì)穿過(guò)天然裂縫，這種情況下的破裂壓力預(yù)測(cè)亟需一個(gè)解決方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本公開(kāi)實(shí)施例提供一種射孔完井破裂壓力預(yù)測(cè)方法、系統(tǒng)、設(shè)備及存儲(chǔ)介質(zhì)，以解決或緩解現(xiàn)有技術(shù)中的以上一個(gè)或多個(gè)技術(shù)問(wèn)題。

2、根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)方面，提供一種射孔完井破裂壓力預(yù)測(cè)方法，包括：

3、建立流-固耦合相場(chǎng)數(shù)學(xué)模型；

4、獲取地層地應(yīng)力參數(shù)、巖石力學(xué)參數(shù)、天然裂縫參數(shù)以及射孔參數(shù)；

5、基于所述流-固耦合相場(chǎng)數(shù)學(xué)模型，應(yīng)用所述地層地應(yīng)力參數(shù)、巖石力學(xué)參數(shù)、天然裂縫參數(shù)以及射孔參數(shù)，考慮射孔孔眼穿過(guò)天然裂縫，建立射孔完井破裂壓力預(yù)測(cè)有限元模型；

6、利用交錯(cuò)算法依次迭代求解所述射孔完井破裂壓力預(yù)測(cè)有限元模型的位移場(chǎng)、相場(chǎng)和流體壓力場(chǎng)，形成孔眼尖端相場(chǎng)云圖以及流體壓力曲線；

7、根據(jù)所述孔眼尖端相場(chǎng)云圖以及流體壓力曲線，讀取射孔完井破裂壓力。

8、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，建立流-固耦合相場(chǎng)數(shù)學(xué)模型包括：

9、建立基于biot多孔彈性理論的流固耦合數(shù)學(xué)模型；

10、引入相場(chǎng)變量、流體壓力和有效應(yīng)力共同驅(qū)動(dòng)相場(chǎng)的演化；

11、引入歷史常函數(shù)；

12、根據(jù)變分原理獲得相場(chǎng)演化方程；

13、基于所述相場(chǎng)演化方程建立流-固耦合相場(chǎng)數(shù)學(xué)模型，用來(lái)表征地層水力裂縫縫內(nèi)流場(chǎng)、地層壓力分布及應(yīng)力狀態(tài)、水力裂縫起裂及擴(kuò)展形態(tài)。

14、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述流-固耦合相場(chǎng)數(shù)學(xué)模型的表達(dá)式為：

15、

16、式中，d為相場(chǎng)，u為位移，p為流體壓力，ε為應(yīng)變，k為增強(qiáng)數(shù)值穩(wěn)定性的參數(shù)，取10-6，分別表示拉伸和壓縮部分的彈性能量，l0為內(nèi)部長(zhǎng)度尺寸，α為biot系數(shù)，gc為臨界能量釋放率，bi,ti分別表示體力和面力，λ,μ分別表示拉梅常量，σ為總應(yīng)力，σeff為巖石骨架有效應(yīng)力，h為歷史場(chǎng)函數(shù)，ψ為總能量泛函，ω為整個(gè)固體域，ui為位移分量，s為作用邊界，tr為求跡函數(shù)，t為某個(gè)時(shí)刻，t為最大求解時(shí)間，x為某個(gè)位置。

17、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述獲取地層地應(yīng)力參數(shù)、巖石力學(xué)參數(shù)、天然裂縫參數(shù)以及射孔參數(shù)包括：

18、根據(jù)測(cè)井解釋數(shù)據(jù)獲得地層三向地應(yīng)力參數(shù)和地層孔隙壓力值；

19、根據(jù)巖心力學(xué)實(shí)驗(yàn)測(cè)試或測(cè)井解釋數(shù)據(jù)獲得地層巖石的力學(xué)參數(shù)；

20、根據(jù)壓裂施工時(shí)的射孔方式和射孔槍彈型號(hào)獲得射孔參數(shù)；

21、根據(jù)巖心孔隙度測(cè)試、滲透率測(cè)試或測(cè)井解釋數(shù)據(jù)獲得地層巖石孔隙度和滲透率；

22、根據(jù)微震監(jiān)測(cè)資料或測(cè)井解釋數(shù)據(jù)獲得天然裂縫的孔隙度和滲透率參數(shù)，以及發(fā)育程度。

23、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述基于所述流-固耦合相場(chǎng)數(shù)學(xué)模型，應(yīng)用所述地層地應(yīng)力參數(shù)、巖石力學(xué)參數(shù)、天然裂縫參數(shù)以及射孔參數(shù)，考慮射孔孔眼穿過(guò)天然裂縫，建立射孔完井破裂壓力預(yù)測(cè)有限元模型包括：

24、建立射孔完井破裂壓力預(yù)測(cè)有限元幾何模型；

25、對(duì)所述射孔完井破裂壓力預(yù)測(cè)有限元幾何模型進(jìn)行地層、射孔孔眼、天然裂縫相應(yīng)的材料參數(shù)的賦值；

26、將地應(yīng)力參數(shù)、施工排量參數(shù)和孔眼處的相場(chǎng)作為邊界條件添加至賦值后的射孔完井破裂壓力預(yù)測(cè)有限元幾何模型中，形成射孔完井破裂壓力預(yù)測(cè)有限元模型。

27、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述將地應(yīng)力參數(shù)、施工排量參數(shù)和孔眼處的相場(chǎng)作為邊界條件添加至賦值后的射孔完井破裂壓力預(yù)測(cè)有限元幾何模型中包括：

28、將射孔孔眼處的相場(chǎng)作為賦值后的射孔完井破裂壓力預(yù)測(cè)有限元幾何模型的第一類邊界條件，設(shè)置射孔孔眼處的相場(chǎng)初始值為1；

29、將目標(biāo)儲(chǔ)層地應(yīng)力參數(shù)和施工排量參數(shù)應(yīng)用到相應(yīng)的邊界條件上，作為賦值后的射孔完井破裂壓力預(yù)測(cè)有限元幾何模型的第二類邊界條件。

30、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述利用交錯(cuò)算法依次迭代求解所述射孔完井破裂壓力預(yù)測(cè)有限元模型的位移場(chǎng)、相場(chǎng)和流體壓力場(chǎng)包括：

31、引入形函數(shù)矩陣和形函數(shù)導(dǎo)數(shù)矩陣；

32、利用形函數(shù)矩陣及其形函數(shù)導(dǎo)數(shù)矩陣將位移場(chǎng)、相場(chǎng)和流體壓力場(chǎng)分別離散化；

33、依次迭代計(jì)算位移場(chǎng)、相場(chǎng)和流體壓力場(chǎng)的殘差表達(dá)式，直到殘差小于殘差設(shè)定值，或迭代次數(shù)超過(guò)迭代次數(shù)設(shè)定值。

34、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，利用交錯(cuò)算法依次迭代求解所述射孔完井破裂壓力預(yù)測(cè)有限元模型的位移場(chǎng)、相場(chǎng)和流體壓力場(chǎng)的表達(dá)式為：

35、

36、其中，ru,rd,rp分別為位移場(chǎng)，相場(chǎng)，流體壓力場(chǎng)的殘差，分別為位移場(chǎng)和相場(chǎng)的外力，為流體壓力場(chǎng)的外通量，ku,kd分別為位移場(chǎng)和相場(chǎng)的剛度矩陣，sp為壓縮系數(shù)矩陣，hp為滲透率矩陣，nu、nd和np分別為位移場(chǎng)、相場(chǎng)和流體壓力場(chǎng)的形函數(shù)矩陣，bu,bd,bp分別為位移場(chǎng)，相場(chǎng)和流體壓力場(chǎng)的形函數(shù)矩陣的導(dǎo)數(shù)，ρ為壓裂液密度，k為地層滲透率，μ為壓裂液粘度，k為增強(qiáng)數(shù)值穩(wěn)定性的參數(shù)，取10-6，d為相場(chǎng)，u為位移，p為流體壓力，gc為臨界能量釋放率，h為歷史場(chǎng)函數(shù)，de為剛度矩陣，為nd的轉(zhuǎn)置，為np的轉(zhuǎn)置，s為作用邊界。

37、根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)方面，提供一種射孔完井破裂壓力預(yù)測(cè)系統(tǒng)，包括：

38、建立單元，用于建立流-固耦合相場(chǎng)數(shù)學(xué)模型；

39、獲取單元，用于獲取地層地應(yīng)力參數(shù)、巖石力學(xué)參數(shù)、天然裂縫參數(shù)以及射孔參數(shù)；

40、構(gòu)建單元，用于基于所述流-固耦合相場(chǎng)數(shù)學(xué)模型，應(yīng)用所述地層地應(yīng)力參數(shù)、巖石力學(xué)參數(shù)、天然裂縫參數(shù)以及射孔參數(shù)，考慮射孔孔眼穿過(guò)天然裂縫，建立射孔完井破裂壓力預(yù)測(cè)有限元模型；

41、求解單元，用于利用交錯(cuò)算法依次迭代求解所述射孔完井破裂壓力預(yù)測(cè)有限元模型的位移場(chǎng)、相場(chǎng)和流體壓力場(chǎng)，形成孔眼尖端相場(chǎng)云圖以及流體壓力曲線；

42、讀取單元，用于根據(jù)所述孔眼尖端相場(chǎng)云圖以及流體壓力曲線，讀取射孔完井破裂壓力。

43、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，建立單元包括：

44、第一建立模塊，用于建立基于biot多孔彈性理論的流固耦合數(shù)學(xué)模型；

45、第一引入模塊，用于引入相場(chǎng)變量、流體壓力和有效應(yīng)力共同驅(qū)動(dòng)相場(chǎng)的演化；

46、第二引入模塊，用于引入歷史常函數(shù)；

47、獲得模塊，用于根據(jù)變分原理獲得相場(chǎng)演化方程；

48、構(gòu)建模塊，用于基于所述相場(chǎng)演化方程建立流-固耦合相場(chǎng)數(shù)學(xué)模型，用來(lái)表征地層水力裂縫縫內(nèi)流場(chǎng)、地層壓力分布及應(yīng)力狀態(tài)、水力裂縫起裂及擴(kuò)展形態(tài)。

49、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述流-固耦合相場(chǎng)數(shù)學(xué)模型的表達(dá)式為：

50、

51、式中，d為相場(chǎng)，u為位移，p為流體壓力，ε為應(yīng)變，k為增強(qiáng)數(shù)值穩(wěn)定性的參數(shù)，取10-6，分別表示拉伸和壓縮部分的彈性能量，l0為內(nèi)部長(zhǎng)度尺寸，α為biot系數(shù)，gc為臨界能量釋放率，bi,ti分別表示體力和面力，λ,μ分別表示拉梅常量，σ為總應(yīng)力，σeff為巖石骨架有效應(yīng)力，h為歷史場(chǎng)函數(shù)，ψ為總能量泛函，ω為整個(gè)固體域，ui為位移分量，s為作用邊界，tr為求跡函數(shù)，t為某個(gè)時(shí)刻，t為最大求解時(shí)間，x為某個(gè)位置。

52、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述獲取單元包括：

53、第一獲取模塊，用于根據(jù)測(cè)井解釋數(shù)據(jù)獲得地層三向地應(yīng)力參數(shù)和地層孔隙壓力值；

54、第二獲取模塊，用于根據(jù)巖心力學(xué)實(shí)驗(yàn)測(cè)試或測(cè)井解釋數(shù)據(jù)獲得地層巖石的力學(xué)參數(shù)；

55、第三獲取模塊，用于根據(jù)壓裂施工時(shí)的射孔方式和射孔槍彈型號(hào)獲得射孔參數(shù)；

56、第四獲取模塊，用于根據(jù)巖心孔隙度測(cè)試、滲透率測(cè)試或測(cè)井解釋數(shù)據(jù)獲得地層巖石孔隙度和滲透率；

57、第五獲取模塊，用于根據(jù)微震監(jiān)測(cè)資料或測(cè)井解釋數(shù)據(jù)獲得天然裂縫的孔隙度和滲透率參數(shù)，以及發(fā)育程度。

58、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述構(gòu)建單元包括：

59、第二建立模塊，建立射孔完井破裂壓力預(yù)測(cè)有限元幾何模型；

60、賦值模塊，用于對(duì)所述射孔完井破裂壓力預(yù)測(cè)有限元幾何模型進(jìn)行地層、射孔孔眼、天然裂縫相應(yīng)的材料參數(shù)的賦值；

61、形成模塊，用于將地應(yīng)力參數(shù)、施工排量參數(shù)和孔眼處的相場(chǎng)作為邊界條件添加至賦值后的射孔完井破裂壓力預(yù)測(cè)有限元幾何模型中，形成射孔完井破裂壓力預(yù)測(cè)有限元模型。

62、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述賦值模塊用于：

63、將射孔孔眼處的相場(chǎng)作為賦值后的射孔完井破裂壓力預(yù)測(cè)有限元幾何模型的第一類邊界條件，設(shè)置射孔孔眼處的相場(chǎng)初始值為1；

64、將目標(biāo)儲(chǔ)層地應(yīng)力參數(shù)和施工排量參數(shù)應(yīng)用到相應(yīng)的邊界條件上，作為賦值后的射孔完井破裂壓力預(yù)測(cè)有限元幾何模型的第二類邊界條件。

65、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述求解單元包括：

66、第三引入模塊，用于引入形函數(shù)矩陣和形函數(shù)導(dǎo)數(shù)矩陣；

67、離散化模塊，用于利用形函數(shù)矩陣及其形函數(shù)導(dǎo)數(shù)矩陣將位移場(chǎng)、相場(chǎng)和流體壓力場(chǎng)分別離散化；

68、計(jì)算模塊，用于依次迭代計(jì)算位移場(chǎng)、相場(chǎng)和流體壓力場(chǎng)的殘差表達(dá)式，直到殘差小于殘差設(shè)定值0.001，或迭代次數(shù)超過(guò)迭代次數(shù)設(shè)定值100。

69、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述求解單元的表達(dá)式為：

70、

71、其中，ru,rd,rp分別為位移場(chǎng)，相場(chǎng)，流體壓力場(chǎng)的殘差，分別為位移場(chǎng)和相場(chǎng)的外力，為流體壓力場(chǎng)的外通量，ku,kd分別為位移場(chǎng)和相場(chǎng)的剛度矩陣，sp為壓縮系數(shù)矩陣，hp為滲透率矩陣，nu，nd,np分別為位移場(chǎng)、相場(chǎng)和流體壓力場(chǎng)的形函數(shù)矩陣，bu,bd,bp分別為位移場(chǎng)，相場(chǎng)和流體壓力場(chǎng)的形函數(shù)矩陣的導(dǎo)數(shù)，ρ為壓裂液密度，k為地層滲透率，μ為壓裂液粘度，k為增強(qiáng)數(shù)值穩(wěn)定性的參數(shù)，取10-6，d為相場(chǎng)，u為位移，p為流體壓力，gc為臨界能量釋放率，h為歷史場(chǎng)函數(shù)，de為剛度矩陣，為nd的轉(zhuǎn)置，為np的轉(zhuǎn)置，s為作用邊界。

72、根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)方面，提供一種射孔完井破裂壓力預(yù)測(cè)設(shè)備，包括：

73、處理器以及存儲(chǔ)器；

74、所述存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)程序，所述處理器調(diào)用所述存儲(chǔ)器存儲(chǔ)的計(jì)算機(jī)程序，以執(zhí)行上述任一項(xiàng)所述的射孔完井破裂壓力預(yù)測(cè)方法。

75、根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)方面，提供一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，所述計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)中存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，當(dāng)所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)，使得所述處理器能夠執(zhí)行上述任一項(xiàng)所述的射孔完井破裂壓力預(yù)測(cè)方法。

76、本公開(kāi)的示例性實(shí)施例具有以下有益效果：

77、(1)本公開(kāi)的示例性實(shí)施例是基于相場(chǎng)法原理提出的，因此具有相場(chǎng)法的優(yōu)勢(shì)，即不需要斷裂判斷準(zhǔn)則和重構(gòu)網(wǎng)格技術(shù)就能夠獲得裂縫的擴(kuò)展路徑。

78、(2)本公開(kāi)的示例性實(shí)施例是通過(guò)讀取孔眼端部的流體壓力隨時(shí)間變化曲線來(lái)獲得破裂壓力的，流體壓力上升到峰值點(diǎn)后逐漸下降，則該流體壓力峰值即為破裂壓力。

79、(3)本公開(kāi)的示例性實(shí)施例還適用于天然裂縫發(fā)育的儲(chǔ)層，考慮了天然裂縫對(duì)水力裂縫擴(kuò)展的影響，能夠計(jì)算不同走向的天然裂縫對(duì)破裂壓力的影響。

80、本技術(shù)的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的細(xì)節(jié)在下面的附圖和描述中提出。本技術(shù)的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將從說(shuō)明書(shū)附圖變得明顯。應(yīng)當(dāng)理解的是，以上的一般描述和后文的細(xì)節(jié)描述僅是示例性和解釋性的，并不能限制本公開(kāi)。