一种基于极限限流设计的压裂方法及系统

1.一种基于极限限流设计的压裂方法，其特征在于，该方法包括：步骤S1，获取测井数据及岩心测试数据，建立地质模型；步骤S2，在一时刻下，根据所述测井数据及岩心测试数据，更新所述地质模型中受裂缝扩展影响的应力场的变化，得到应力值；步骤S3，根据每个射孔簇的液量，得到每个射孔簇的射孔摩阻；其中，在初始时刻下，根据每个射孔簇内的射孔数目，平均分配每个射孔簇的液量，得到初始时刻下的每个射孔簇的射孔摩阻；在初始时刻以后的时刻，利用上一时刻射孔簇的射孔直径获取下一时刻的液量，进而得到每个射孔簇的射孔摩阻；所述每个射孔簇的射孔摩阻根据以下公式得到：其中，ΔP perf,i 为第i簇射孔簇的射孔摩阻，单位为Pa；Q i 为第i簇射孔簇的分配的液量，单位为m 3 ；ρ f 为压裂液的密度，单位为kg/m 3 ；n i 为第i簇射孔簇的射孔孔眼数，单位为个；D perf 为射孔簇的射孔直径，单位为m；C d 为流量系数，根据射孔磨损时间设置，取值范围在0.56-0.89之间，无单位；受压裂液冲蚀作用的影响，D perf 、C d 随时间的磨损变化根据以下公式得到：其中，C prop 为压裂液中支撑剂的浓度，单位为kg/m 3 ；D perf,(t-1) 为上一时刻射孔簇的射孔直径，单位为m； 为射孔簇的射孔的最大流量系数，无单位；α与β为实验测量参数；步骤S4，如果射孔簇的裂缝已经形成，根据相应的裂缝尺寸得到缝内摩阻；其中，所述缝内摩阻根据以下公式得到：其中，ΔP w,i 为第i簇射孔簇的缝内摩阻，单位为Pa；Δl为缝长，单位为m；W i 为第i簇射孔簇裂缝的宽度，单位为m；μ为压裂液的粘度，单位为Pa·s；A i 为第i簇射孔簇裂缝的面积，单位为m 2 ；Q L,i 为第i簇射孔簇中压裂液的滤失量，单位为m 3 /s；t为步长计算时间，单位为s；射孔簇中压裂液的滤失量Q L,i 根据以下公式得到：其中，C L 为储层的滤失系数，单位为m/s；t 0 (x,y)为从不同位置开始滤失的时间，单位为s；t为步长计算时间，单位为s；步骤S5，根据所述每个射孔簇的射孔摩阻、缝内摩阻，得到每个射孔簇的缝口压力；其中，缝口压力根据以下公式得到：其中，P i 是第i簇射孔簇裂缝的缝口压力，单位为Pa；P c,i 是第i簇射孔位置的裂缝闭合压力，由测井解释获得，单位为Pa；ΔP cf,i 是第i簇到前一簇的沿程摩阻，单位为Pa；r为射孔簇的总数，单位为个；P h,i 是第i簇裂缝射孔位置的液柱净压力，单位为Pa；其中，ΔP cf,i 、P h,i 分别根据以下公式得到：P h,i ＝ρ f gh i ；其中，λ为沿程阻力系数，无量纲；L i 为井口到第i簇的井筒长度，单位为m；d wf 为井筒半径，单位为m；ρ f 为压裂液的密度，单位为kg/m 3 ；v i 为压裂液到第i簇裂缝时在井筒内的平均流速，单位为m/s；g是重力加速度常数，单位为m/s 2 ；h i 为第i簇的深度，单位为m；步骤S6，根据所述应力值以及缝口压力，通过应力矩阵，联立压裂液的缝间流量分配模型与缝间干扰下的裂缝扩展模型，得到下一时刻射孔簇的液量及裂缝尺寸，并更新所述地质模型中受裂缝扩展影响的应力场的变化；步骤S7，从初始时刻开始，根据每个时刻对应的裂缝尺寸，依次得到每个射孔簇的裂缝长度，当某一时刻下，射孔簇的最长裂缝长度达到预设门槛值时，标记所述某一时刻为压裂结束时刻；步骤S8，通过调整压裂段内的射孔簇数及每个射孔簇的射孔数目，得到压裂结束时所有射孔簇的裂缝长度的标准差；步骤S9，当所述标准差达到标准门槛值时，根据对应的压裂段内的射孔簇数及每个射孔簇的射孔数目生成储层压裂方案。 2.根据权利要求1所述的基于极限限流设计的压裂方法，其特征在于，在一时刻下，根据所述测井数据、岩心测试数据，更新所述地质模型中受裂缝扩展影响的应力场的变化，得到应力值，其中，所述应力值根据以下公式得到：σ xx ＝2GD x (2f ,xy +yf ,xyy )+2GD y (f ,xy +yf ,xyy )；σ yy ＝2GD x (-yf ,xyy )+2GD y (f ,yy -yf ,yyy )；σ xy ＝2GD x (2f ,yy +yf ,yyy )+2GD y (-yf ,xyy )；其中，σ xx 、σ yy 、σ xy 分别表示X方向正应力、Y方向正应力、XY方向切应力，单位为Pa；G为剪切模量，单位为Pa；D x 、D y 分别表示X、Y方向的位移，单位为m；f ,xy 、f ,yy 、f ,xyy 、f ,yyy 分别表示格林函数的不同方向导数；y为Y方向距离参考点的长度，单位m；剪切模量G根据以下公式得到：其中，E为弹性模量，单位为Pa；ν为泊松比，无量纲；X、Y方向的位移D x 、D y 根据以下公式得到：D x ＝2a×cosθ；D y ＝2a×sinθ；其中，θ为裂缝扩展的角度，单位为°；a为裂缝扩展时步长的一半，单位为m；裂缝扩展的角度θ根据以下公式得到：其中，θ为裂缝扩展角度，单位为°；K 1 、K 2 分别根据以下公式得到：其中，D n 、D s 分别表示径向、切向的位移，单位为m；格林函数的不同方向导数f ,xy 、f ,yy 、f ,xyy 、f ,yyy 分别根据以下公式得到：其中，a为裂缝扩展时步长的一半，单位为m；x、y分别为X或Y方向距离参考点的长度，单位m。 3.根据权利要求2所述的基于极限限流设计的压裂方法，其特征在于，根据所述应力值以及缝口压力P i ，通过应力矩阵，联立压裂液的缝间流量分配模型与缝间干扰下的裂缝扩展模型，得到下一时刻射孔簇的液量及裂缝尺寸，并更新所述地质模型中受裂缝扩展影响的应力场的变化，其中，应力矩阵为：σ ij 为第i簇裂缝第j个点水平方向的主应力，单位为Pa；τ ij 为第i簇裂缝第j个点的切应力，单位为Pa；P i 为第i簇射孔簇裂缝的缝口压力，单位为Pa；F far1 、F far2 分别为射孔簇位置储层的主应力、切应力，单位为Pa。 4.一种基于极限限流设计的压裂系统，其特征在于，该系统包括：数据获取模块，用于获取测井数据及岩心测试数据，建立地质模型；应力值计算模块，用于在一时刻下，根据所述测井数据及岩心测试数据，更新所述地质模型中受裂缝扩展影响的应力场的变化，得到应力值；射孔摩阻计算模块，用于根据每个射孔簇的液量，得到每个射孔簇的射孔摩阻；其中，在初始时刻下，根据每个射孔簇内的射孔数目，平均分配每个射孔簇的液量，得到初始时刻下的每个射孔簇的射孔摩阻；在初始时刻以后的时刻，利用上一时刻射孔簇的射孔直径获取下一时刻的液量，进而得到每个射孔簇的射孔摩阻；所述每个射孔簇的射孔摩阻根据以下公式得到：其中，ΔP perf,i 为第i簇射孔簇的射孔摩阻，单位为Pa；Q i 为第i簇射孔簇的分配的液量，单位为m 3 ；ρ f 为压裂液的密度，单位为kg/m 3 ；n i 为第i簇射孔簇的射孔孔眼数，单位为个；D perf 为射孔簇的射孔直径，单位为m；C d 为流量系数，根据射孔磨损时间设置，取值范围在0.56-0.89之间，无单位；受压裂液冲蚀作用的影响，D perf 、C d 随时间的磨损变化根据以下公式得到：其中，C prop 为压裂液中支撑剂的浓度，单位为kg/m 3 ；D perf,(t-1) 为上一时刻射孔簇的射孔直径，单位为m； 为射孔簇的射孔的最大流量系数，无单位；α与β为实验测量参数；缝内摩阻计算模块，用于在射孔簇的裂缝已经形成的情况下，根据相应的裂缝尺寸得到缝内摩阻；其中，所述缝内摩阻根据以下公式得到：其中，ΔP w,i 为第i簇射孔簇的缝内摩阻，单位为Pa；Δl为缝长，单位为m；W i 为第i簇射孔簇裂缝的宽度，单位为m；μ为压裂液的粘度，单位为Pa·s；A i 为第i簇射孔簇裂缝的面积，单位为m 2 ；Q L,i 为第i簇射孔簇中压裂液的滤失量，单位为m 3 /s；t为步长计算时间，单位为s；射孔簇中压裂液的滤失量Q L,i 根据以下公式得到：其中，C L 为储层的滤失系数，单位为m/s；t 0 (x,y)为从不同位置开始滤失的时间，单位为s；t为步长计算时间，单位为s；缝口压力计算模块，用于根据所述每个射孔簇的射孔摩阻、缝内摩阻，得到每个射孔簇的缝口压力；其中，缝口压力根据以下公式得到：其中，P i 是第i簇射孔簇裂缝的缝口压力，单位为Pa；P c,i 是第i簇射孔位置的裂缝闭合压力，由测井解释获得，单位为Pa；ΔP cf,i 是第i簇到前一簇的沿程摩阻，单位为Pa；r为射孔簇的总数，单位为个；P h,i 是第i簇裂缝射孔位置的液柱净压力，单位为Pa；其中，ΔP cf,i 、P h,i 分别根据以下公式得到：P h,i ＝ρ f gh i ；其中，λ为沿程阻力系数，无量纲；L i 为井口到第i簇的井筒长度，单位为m；d wf 为井筒半径，单位为m；ρ f 为压裂液的密度，单位为kg/m 3 ；v i 为压裂液到第i簇裂缝时在井筒内的平均流速，单位为m/s；g是重力加速度常数，单位为m/s 2 ；h i 为第i簇的深度，单位为m；模型联立模块，用于根据所述应力值以及缝口压力，通过应力矩阵，联立压裂液的缝间流量分配模型与缝间干扰下的裂缝扩展模型，得到下一时刻射孔簇的液量及裂缝尺寸，并更新所述地质模型中受裂缝扩展影响的应力场的变化；裂缝长度计算模块，用于从初始时刻开始，根据每个时刻对应的裂缝尺寸，依次得到每个射孔簇的裂缝长度，当某一时刻下，射孔簇的最长裂缝长度达到预设门槛值时，标记所述某一时刻为压裂结束时刻；标准差计算模块，用于通过调整压裂段内的射孔簇数及每个射孔簇的射孔数目，得到压裂结束时所有射孔簇的裂缝长度的标准差；压裂方案生成模块，用于在所述标准差达到标准门槛值时，根据对应的压裂段内的射孔簇数及每个射孔簇的射孔数目生成储层压裂方案。 5.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至3任一所述方法。