(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210666593.X (22)申请日 2022.06.13 (71)申请人 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 吴林　罗志锋　姚志广　贾宇成　 邓艺平　 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/28(2020.01) E21B 43/26(2006.01) G06F 119/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种裂缝性致密储层二氧化碳压裂蓄能效 果预测方法 (57)摘要 本发明公开了一种裂缝性致密储层二氧化 碳压裂蓄能效果预测方法， 包括以下步骤： 建立 热‑流‑固‑损伤耦合的二氧化碳压裂 ‑焖井模型； 建立天然裂缝开度演化模型； 耦合求解二氧化碳 压裂模型、 天然裂缝开度演化模型， 模拟二氧化 碳压裂、 焖井； 根据耦合求解得到的地层压力数 据及渗透率数据计算蓄能指数。 本发 明能够实现 对裂缝性致密储层二氧化碳压裂过程中的压裂 ‑ 焖井一体化模拟， 且考虑了热 ‑流‑固‑损伤耦合 及天然裂缝开度的变化， 填补了相关领域空白； 此外， 本发明建立了综合考虑了距离、 地层压力 及渗透率的蓄能指数， 用该指数来预测二氧化碳 压裂蓄能效果， 预测方法简单、 结果可靠 。 权利要求书3页 说明书7页 附图4页 CN 114970280 A 2022.08.30 CN 114970280 A 1.一种裂缝性 致密储层二氧化 碳压裂蓄能效果预测方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： S1.建立热 ‑流‑固‑损伤耦合的二氧化 碳压裂‑焖井模型； S2.建立考虑法向位移和 切向位移共同作用的天然裂缝开度演化模型； S3.耦合求解二氧化碳压裂 ‑焖井模型、 天然裂缝开度演化模型， 模拟二氧化碳压裂、 焖 井； S4.根据耦合 求解得到的地层压力数据及渗透率数据计算蓄能指数。 2.根据权利要求1所述的一种裂缝性致密储层二氧化碳压裂蓄能效果预测方法， 其特 征在于， 所述步骤S1中热 ‑流‑固‑损伤耦合的二氧化碳压裂 ‑焖井模型包括热流固方程、 损 伤准则、 物性 参数演化模型： 1)热流固方程由固体 变形方程、 流体流动方程、 传热 方程三部分组成： 固体变形方程： 式中： G为剪切模量， ui、 uj均为位移分量， v为泊松比， α 为Biot系数， p为孔隙压力， K为体 积模量， αT为岩石的热膨胀系数， T为温度， fi为体积力分量； 流体流动方程： 式中： Ks为有效体积模量， εv为体积应变， t为时间， φ为孔隙度， αl为流体的体积热膨胀 系数， αs为岩石骨架的体积热膨胀系数， βl为流体的体积模量； k为储层的渗透 率； μ为流体的 粘度； 传热方程： 式中： ρs为岩石骨架的密度， Cs、 Cl分别为岩石骨架及流体的热容， λs、 λl分别为岩石骨架 及流体的导热系数， Q 为热源； 2)损伤准则由最大拉应力准则和摩尔 ‑库伦准则组成： 式中： F1、 F2分别为拉伸破坏和剪切破坏阈值函数， σ1、 σ3分别为第一、 第三主应力， ft、 fc 分别为岩石的抗拉强度、 抗压强度， θ 为岩石的内摩擦角； 相应的损伤变量 为：权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114970280 A 2式中： D为损伤变量， εt、 εc分别为弹性极限对应的拉伸应变、 压缩应变， ε1、 ε3分别为第 一、 第三主应 变； 3)物性参数演化模型用于计算损伤后的弹性模量、 孔隙度、 渗透率、 导热系数： 式中： E0、 E分别为损伤前后的弹性模量， φ0、 φf分别为岩石 的初始孔隙度及裂缝孔隙 度， k0、 kf分别为岩石的初始渗透 率及裂缝渗透率， λs0为损伤前岩石骨架的导热系数， βλ为影 响系数。 3.根据权利要求1所述的一种裂缝性致密储层二氧化碳压裂蓄能效果预测方法， 其特 征在于， 所述 步骤S2中天然裂缝开度演化模型为： bf＝bn‑bs 式中： bf为天然裂缝的开度， bn、 bs分别为天然裂缝法向位移及切向位移导致的法向开 度； 且天然裂缝的法向位移导 致的法向开度为： bn＝br+(b0‑br)exp[‑ξ( σn‑p)] 式中： br、 b0分别为天然裂缝的法向残余开度及法向初始开度， ξ为应力 ‑开度相关系数， σn为天然裂缝壁 面的法向应力； 且天然裂缝的切向位移导 致的法向位移增量 为： 式中： φd为剪胀角， us为切向位移， up、 ur分别为天然裂缝开始滑移及结束滑移时的切向 位移。 4.根据权利要求1所述的一种裂缝性致密储层二氧化碳压裂蓄能效果预测方法， 其特 征在于， 所述 步骤S3中耦合 求解方法为： 固体变形方程、 流体流动方程、 传 热方程分别用COMS OL软件中的固体力学模块、 达西定 律模块、 系 数型偏微分方程模块求解， 天然裂缝的力学行为采用固体力学模块中的弹性薄 层进行描述、 流动特性采用达西定律模块中的裂隙流进行描述； 岩石的损伤则采用MATLAB权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114970280 A 3