(19)中华 人民共和国 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 202111590983.5 (22)申请日 2021.12.23 (71)申请人 成都北方石油勘探开发技 术有限公 司 地址 610000 四川省成 都市成华区建 设路 10号钻石广场1幢1单 元33层 (72)发明人 黄静　武新民　米中荣　赵星　 李鑫　张文中　汪伟光　孙振龙　 李扬　王键　徐涛　孙宝　罗毅　 (74)专利代理 机构 成都行之智 信知识产权代理 有限公司 5125 6 代理人 王伟 (51)Int.Cl. G06F 30/28(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种页岩储层重复压裂应力-裂缝重定向模 拟方法及系统 (57)摘要 本发明公开了一种 页岩储层重复压裂应力 ‑ 裂缝重定向模拟方法及系统， 通过建立水力裂缝 随机扩展与裂缝形变应力场模型， 实现复杂裂缝 形态下裂缝形变诱导应力场模拟和非均匀应力 场条件下水力裂缝随机扩展模拟， 进一步建立 流‑固耦合的水平井渗流模型， 实现页岩 储层“初 次压裂裂缝扩展 ‑初次压裂后生产 ‑重复压裂裂 缝扩展‑重复压裂后生产 ”的全过程模拟， 不仅能 用于页岩气重复压裂应力 ‑裂缝重定向模拟， 也 可用于基于产能的页岩气重复压裂时机优选、 选 井选层和优化设计等数值等， 从而提高页岩气重 复压裂工艺的适应性， 降低现场作业风险， 也有 利于提高或者恢复页岩气井产能， 提高储层最终 采收率。 权利要求书2页 说明书14页 附图11页 CN 114266204 A 2022.04.01 CN 114266204 A 1.一种页岩储层重复压裂 应力‑裂缝重定向模拟方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 建立水力裂缝随机扩展模型， 初始化模型参数； 根据所述水力裂缝随机扩展模型和所 述模型参数进行初次水力裂缝随机扩展模拟， 获得初始裂缝 形态； 针对所述初始裂缝形态进行生产裂缝导流能力损 失评价实验， 获得实验结果； 所述实 验结果包括： 支撑裂缝宽度与有效闭合应力的关系和支撑裂缝导流能力损失与有效闭合应 力的关系； 根据所述实验结果进行重复压裂前总应力场模拟， 获得初始闭合裂缝形变诱导应力和 储层生产诱导应力； 所述初始闭合裂缝形变诱导应力和所述储层生产诱导应力线性叠加为 重复压裂前总应力场； 在所述重复压裂前总应力场中， 根据 所述水力 裂缝随机扩展模型进行重复压裂裂缝扩 展模拟， 得到页岩储层重复压裂 应力‑裂缝重定向模拟结果。 2.根据权利要求1所述的一种页岩储层重复压裂应力 ‑裂缝重定向模拟方法， 其特征在 于， 所述水力裂缝随机扩展模型包括： 缝内流动方程、 物质平衡方程、 平面裂缝应力方程、 裂 缝扩展与转向准则、 水力裂缝与天然裂缝相交准则和流 量分配准则。 3.根据权利要求2所述的一种页岩储层重复压裂应力 ‑裂缝重定向模拟方法， 其特征在 于， 所述初次水力裂缝随机扩展模拟的方法为： S1： 基于线性 求解方法赋值初始的水力裂缝长度和缝内流体净压力； S2： 更新裂缝尖端单 元， 延伸裂缝长度， 基于流动方程更新延伸后裂缝内净压力； S3： 将S2中缝内流体净压力代入平面应力方程获取裂缝宽度； S4： 根据S3中获得的裂缝宽度计算缝内流 量分布， 获得 缝口流量； S5： 基于物质平衡方程判断S4中缝口流量收敛性， 若收敛， 则执行S6； 若不收敛， 则返回 S2改变裂缝尖端延伸长度， 直至缝口流 量收敛； S6： 基于裂缝扩展与转向准则将裂缝尖端转向， 检测是否出现裂缝尖端与天然裂缝相 交并激活天然裂缝的情况； 若 出现， 则为相交后形成的新裂缝重新分配流量， 获取新裂缝内 的流体净压力值， 并返回所述S2； S7： 重复执 行所述S2至所述S6直至模拟时间结束。 4.根据权利要求3所述的一种页岩储层重复压裂应力 ‑裂缝重定向模拟方法， 其特征在 于， 所述S6中， 检测是否出现裂缝尖端与天然裂缝相交的方法为： 获取裂缝尖端转向方位， 根据裂缝尖端转向方位判断裂缝尖端是否逼近天然裂缝； 若裂缝尖端逼近天然裂缝， 继续 判断天然裂缝在r＝rc处是否沿天然裂缝截面剪切 滑移， 若天然裂缝在r＝rc处发生剪切 滑 移， 则裂缝尖端与天然裂缝相交； 其中， r表示裂缝尖端距天然裂缝的距离， rc表示天然裂缝 面上的诱 导拉伸应力达 到岩石抗拉强度时的临界半径。 5.根据权利要求4所述的一种页岩储层重复压裂应力 ‑裂缝重定向模拟方法， 其特征在 于， 判断天然裂缝在r＝rc处是否沿天然裂缝截面剪切滑移的方法为： 将天然裂缝表面的摩 擦力与内聚力之和与作用于天然裂缝表面的剪切应力进行比较， 若作用于天然裂缝表面的 剪切应力的绝对值小于天然裂缝表面的摩擦力与内聚力之和， 则天然裂缝将不会发生剪切 滑移。 6.根据权利要求3所述的一种页岩储层重复压裂应力 ‑裂缝重定向模拟方法， 其特征在 于， 所述S 6中， 为相交后形成的新裂缝重新分配流量之前， 通过流量连续关系获取各裂缝单权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114266204 A 2元之间的等效传导 率。 7.根据权利要求1所述的一种页岩储层重复压裂应力 ‑裂缝重定向模拟方法， 其特征在 于， 所述储层生产诱 导应力的获取 方法为： 建立页岩多尺度流 ‑固耦合的水平井渗流模型， 所述页岩多尺度流 ‑固耦合的水平井渗 流模型包括： 固体形变控制方程和气体多尺度渗 流控制方程； 采用全隐式有限体积方法对所述固体形变方程和所述气体多尺度渗流控制方程进行 数值离散， 代入所述支撑裂缝导流能力损失与有效闭合应力的关系， 通过耦合求解获得所 述储层生产诱 导应力。 8.一种页岩储层重复压裂 应力‑裂缝重定向模拟系统， 其特 征在于， 包括： 初次水力裂缝随机扩展模拟单元， 用于建立水力裂缝随机扩展模型， 初始化模型参数； 并根据所述水力裂缝随机扩展模型和所述模型参数进 行初次水力裂缝随机扩展模拟， 获得 初始裂缝 形态； 生产裂缝导流能力损失评价实验单元， 用于针对所述初始裂缝形态进行生产裂缝导流 能力损失评价实验， 获得支撑裂缝宽度与有效闭合应力的关系和支撑裂缝导流能力损失与 有效闭合应力的关系； 重复压裂前总应力场模拟单元， 用于根据 所述生产裂缝导流能力损失评价实验单元的 实验结果， 进行重复压裂前总应力场模拟， 将获得 的初始闭合裂缝形变诱导应力和储层生 产诱导应力线性叠加为重复压裂前总应力场； 重复压裂裂缝扩展模拟单元， 用于在所述重复压裂前总应力场中， 根据所述水力裂缝 随机扩展模型进行重复压裂裂缝扩展模拟， 得到页岩储层重复压裂应力 ‑裂缝重定 向模拟 结果。 9.根据权利要求8所述的一种页岩储层重复压裂应力 ‑裂缝重定向模拟系统， 其特征在 于， 所述初次水力裂缝随机扩展模拟单 元包括： 水力裂缝随机扩展模型存储器， 用于存储水力裂缝随机扩展模型， 包括： 缝内流动方 程、 物质平衡方程、 平面裂缝应力方程、 裂缝扩展与转向准则、 水力裂缝与天然裂缝相交准 则和流量分配准则； 参数存储器， 用于存 储初始化的模型参数； 水力裂缝随机扩展模型计算器， 用于将所述模型参数代入所述水力 裂缝随机扩展模型 计算， 输出初始裂缝 形态。 10.根据权利要求8 或9所述的一种页岩储层重复压裂应力 ‑裂缝重定向模拟系统， 其特 征在于， 所述重复压裂前总应力场模拟单 元包括： 裂缝形变诱导应力 计算器， 用于根据 所述支撑裂缝宽度与有 效闭合应力的关系计算获 得计算裂缝 形变诱导应力； 页岩多尺度流 ‑固耦合的水平井渗流模型存储器， 用于将所述存储页岩多尺度流 ‑固耦 合的水平井渗 流模型包括： 固体形变控制方程和气体多尺度渗 流控制方程； 储层生产诱导应力 计算器， 用于将所述支撑裂缝导流能力损失与有 效闭合应力的关系 代入所述页岩多尺度流 ‑固耦合的水平井渗 流模型， 计算得到储层生产诱 导应力。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114266204 A 3