1.一种融合光纤应变监测和裂缝扩展模拟的压裂裂缝动态反演方法,其特征在于,包括:建立基于状态变量的状态控制方程,并根据建立的状态控制方程,预测下一时间步的缝宽分布;根据裂缝扩展模型的系统误差的协方差矩阵,计算所述状态控制方程的下一时间步预测误差的协方差矩阵;建立分布式光纤应变的观测方程,计算下一时间步状态变量对应的光纤应变;根据监测到的光纤应变数据、计算出的下一时间步状态变量对应的光纤应变,建立对缝宽分布的状态更新方程,其中,所述状态更新方程: ;其中,Z n+1 为n+1时刻监测到的光纤应变数据; 为所述建立基于状态变量的状态控制方程,并根据建立的状态控制方程,预测下一时间步的缝宽分布的步骤中预测出的n+1时刻的缝宽估计值; 为更新后的n+1时刻的缝宽估计值,即为通过状态更新方程计算出来的n+1时刻的缝宽估计值;K n+1 为n+1时刻的卡尔曼增益矩阵;H n+1 为n+1时刻的观测方程的系数矩阵;对裂缝单元状态进行更新,并在更新完后再次进入到预测下一时间步的缝宽分布,直至达到设定的结束时刻,包括根据更新后的下一时间步的缝宽估计值,对裂缝单元状态进行更新;其中,当缝尖达到扩展条件,则更新为新的尖端;其中,所述建立基于状态变量的状态控制方程,并根据建立的状态控制方程,预测下一时间步的缝宽分布的步骤中,预测下一时间步的缝宽分布公式为: ;其中, 为对n+1时刻的缝宽估计值,即基于n时刻的结果预测的下一时间步的缝宽分布; 为n时刻的缝宽估计值;Φ为非线性方程,其雅克比矩阵为Jw,可采用数值方法计算Jw;f为基于状态变量的状态控制方程。
2.如权利要求1所述的融合光纤应变监测和裂缝扩展模拟的压裂裂缝动态反演方法,其特征在于,所述建立基于状态变量的状态控制方程,并根据建立的状态控制方程,预测下一时间步的缝宽分布的步骤中所述状态控制方程为: ;其中,∆t为时间步;∆x为空间步长;μ为压裂液粘度;w i+0.5 为i和i+1单元界面处宽度,其中,w i+0.5 =0.5(w i +w i+1 );W i-0.5 为i和i-1单元界面处宽度,其中,w i-0.5 =0.5(w i +w i-1 );p i ,p i-1 ,p i+1 分别为i、i-1、i+1单元中心点的压力。
3.如权利要求1所述的融合光纤应变监测和裂缝扩展模拟的压裂裂缝动态反演方法,其特征在于,所述根据裂缝扩展模型的系统误差的协方差矩阵,计算所述状态控制方程的下一时间步预测误差的协方差矩阵的步骤中,下一时间步预测误差的协方差矩阵的计算公式为: ;其中,P n+1,n 为根据n时刻的误差协方差矩阵P n,n 预测的n+1时刻的误差协方差矩阵;P n,n 为n时刻的误差协方差矩阵; 为裂缝扩展模型的系统误差的协方差矩阵;J为雅克比矩阵;其中,雅克比矩阵的计算公式为: ;其中,f为状态控制方程;I为单位矩阵;w为缝宽。
4.如权利要求1所述的融合光纤应变监测和裂缝扩展模拟的压裂裂缝动态反演方法,其特征在于,所述建立分布式光纤应变的观测方程,计算下一时间步状态变量对应的光纤应变的步骤中,所述分布式光纤应变的观测方程为: ;其中,u为光纤位移;y为光纤轴向坐标;L为光纤标度;A为三维位移不连续边界元的系数矩阵;H为观测方程的系数矩阵。
5.如权利要求1所述的融合光纤应变监测和裂缝扩展模拟的压裂裂缝动态反演方法,其特征在于,计算下一时间步状态变量对应的光纤应变的公式为: ;其中, 为下一时间步状态变量 对应的光纤应变。
6.如权利要求1所述的融合光纤应变监测和裂缝扩展模拟的压裂裂缝动态反演方法,其特征在于,所述根据监测到的光纤应变数据、计算出的下一时间步状态变量对应的光纤应变,建立对缝宽分布的状态更新方程的步骤中,K n+1 的计算公式如下: ;其中,H n+1 为n+1时刻的观测方程的系数矩阵; 为应变的测量误差的协方差矩阵;根据计算出的状态控制方程的下一时间步预测误差的协方差矩阵,更新状态更新方程的下一时间步预测误差的协方差矩阵,计算公式为: ;其中,P n+1,n 为根据n时刻的误差协方差矩阵P n,n 预测的n+1时刻的误差协方差矩阵;P n+1,n+1 为更新后的n+1时刻的误差协方差矩阵。
7.如权利要求1所述的融合光纤应变监测和裂缝扩展模拟的压裂裂缝动态反演方法,其特征在于,所述建立基于状态变量的状态控制方程,并根据建立的状态控制方程,预测下一时间步的缝宽分布的步骤之前,还包括:初始化状态变量参数,将缝宽w作为状态变量参数。
8.如权利要求1所述的融合光纤应变监测和裂缝扩展模拟的压裂裂缝动态反演方法,其特征在于,所述建立基于状态变量的状态控制方程,并根据建立的状态控制方程,预测下一时间步的缝宽分布的步骤之前,还包括:初始裂缝形态、状态变量初始误差的协方差矩阵、模型系统误差的协方差矩阵、测量误差的协方差矩阵。