一種頁巖水平井分段壓裂套管變形預測方法

本發明涉及石油與天然氣工程，特別是涉及一種頁巖水平井分段壓裂套管變形預測方法。

背景技術：

1、頁巖氣作為一種具備儲量豐富、產地分布廣泛等特點的非常規能源資源，近年來已成為全球油氣資源開發和利用的新焦點。但是由于頁巖儲層埋藏較深，多處于天然斷層和裂縫發育的地質環境中，為實現其規模效益化開發，需要借助水平井及分段壓裂技術。而在水平井分段壓裂過程中，多段多簇裂縫會引起地層蠕變，改變套管周圍原地應力場大小和方向，從而改變套管受力場造成套管變形，套管變形嚴重影響了頁巖氣井的高效、安全、經濟開發。

2、斷層和天然裂縫的滑移一直被視為是造成套管變形的主要原因，國內外學者針對斷層與天然裂縫的滑移做出了一系列的模擬與分析，通常建立的是包含斷層、裂縫和套管尺寸為一體的有限元模型，其滑移主要表現為在局部薄弱的地方產生損傷，并且隨著應力的增大，這種破壞會進一步加強，從而引起斷層變形逐漸增大。這種模型忽略了整個斷層、天然裂縫滑移的趨勢，以及斷層、裂縫和套管之間的跨尺度問題，因此結果不盡準確。

技術實現思路

1、為了克服現有技術中的問題，本發明提供一種頁巖水平井分段壓裂套管變形預測方法。為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

2、一種頁巖水平井分段壓裂套管變形預測方法，包括以下步驟：

3、s1、基于斷層和天然裂縫發育相關情況，以及設定注液、施工條件下，裂隙巖石的壓力演化與損傷擴展出的水力裂縫，建立第一模型，所述第一模型為包含地層尺寸的三維流固耦合損傷數值模型，所述第一模型為全局模型；

4、s2、基于地層、水泥環、套管相關情況，建立第二模型，所述第二模型為地層-水泥環-套管變形模型，所述第二模型為子模型；

5、s3、采用所述第一模型進行應力變化模擬，將所述第一模型的應力變化結果傳遞至所述第二模型，利用所述第二模型進行套管變形預測。

6、進一步的技術方案是，所述裂縫包括天然裂縫和水力裂縫。

7、進一步的技術方案是，采用螞蟻體以及設定注液、施工條件下，裂隙巖石的壓力演化與損傷擴展，來獲取斷層和所有裂縫的產狀。

8、進一步的技術方案是，所述第一模型尺寸大于所述第二模型尺寸。

9、進一步的技術方案是，所述第一模型使用增廣拉格朗日法和庫侖摩擦模型對斷層與天然裂縫產生的摩擦滑移進行模擬。

10、進一步的技術方案是，所述第一模型為長方體，其頂面、正面、右側面分別設置相應的邊界載荷，其他幾個側面設置為僅在切向方向上存在位移的約束條件，裂縫處設置為施工載荷。

11、進一步的技術方案是，所述第二模型中采用六面體面映射控制網格，網格“外疏內密”，套管、水泥環采用邊界分布進行細化。

12、另一方面，本發明提供了一種頁巖水平井分段壓裂套管變形預測系統，包括以下模塊：

13、全局模型構建模塊，所述全局模型構建模塊不考慮井筒材料，基于斷層和天然裂縫發育相關情況，以及設定注液、施工條件下，裂隙巖石的壓力演化與損傷擴展出的水力裂縫，建立第一模型，所述第一模型為不考慮井筒材料包含地層尺寸的三維流固耦合損傷數值模型，所述第一模型為全局模型；

14、子模型構建模塊，所述子模型構建模塊基于地層、水泥環、套管材料、大小等相關情況，建立第二模型，所述第二模型為地層-水泥環-套管變形模型，所述第二模型為子模型；

15、套管變形預測模塊，所述套管變形預測將由巖石變形以及流體共同作用下的所述全局模型預測的應力變化結果傳遞至所述子模型，利用所述子模型進行套管變形預測。

16、另一方面，本發明提供了一種計算機設備，包括存儲器、處理器及存儲在存儲器上并在處理器上運行的計算機程序，其特征在于，所述處理器執行所述計算機程序時實現上述權利要求任一項所述的頁巖水平井分段壓裂套管變形預測方法的步驟。

17、另一方面，本發明提供了一種計算機可讀存儲介質，其上存儲有計算機程序，其特征在于，所述計算機程序被處理器執行時實現上述權利要求任一項所述的頁巖水平井分段壓裂套管變形預測方法的步驟。

18、本發明具有以下優點：本發明充分考慮斷層、天然裂縫帶三維構造存在以及分段壓裂對斷層、天然裂縫的影響，通過全局模型與子模型共同模擬的方式，有助于進一步準確預測頁巖儲層分段壓裂過程中水平井套變風險，從而采取針對性的套變防控措施。

技術特征：

1.一種頁巖水平井分段壓裂套管變形預測方法，包括以下步驟：

2.根據權利要求1所述的頁巖水平井分段壓裂套管變形預測方法，所述裂縫包括天然裂縫和水力裂縫。

3.根據權利要求1所述的頁巖水平井分段壓裂套管變形預測方法，采用裂隙巖石的壓力演化與損傷擴展得到水力裂縫。

4.根據權利要求1所述的頁巖水平井分段壓裂套管變形預測方法，所述第一模型尺寸大于所述第二模型尺寸。

5.根據權利要求1所述的頁巖水平井分段壓裂套管變形預測方法，所述第一模型使用增廣拉格朗日法和庫侖摩擦模型對斷層與天然裂縫產生的摩擦滑移進行模擬。

6.根據權利要求1所述的頁巖水平井分段壓裂套管變形預測方法，所述第一模型為長方體，其頂面、正面、右側面分別設置相應的邊界載荷，其他幾個側面設置為僅在切向方向上存在位移的約束條件，裂縫處設置為施工載荷。

7.根據權利要求1所述的頁巖水平井分段壓裂套管變形預測方法，所述第二模型中采用六面體面映射控制網格，網格“外疏內密”，套管、水泥環采用邊界分布進行細化。

8.一種頁巖水平井分段壓裂套管變形預測系統，包括以下模塊：

9.一種計算機設備，包括存儲器、處理器及存儲在存儲器上并在處理器上運行的計算機程序，其特征在于，所述處理器執行所述計算機程序時實現權利要求1-7任一項所述的頁巖水平井分段壓裂套管變形預測方法的步驟。

10.一種計算機可讀存儲介質，其上存儲有計算機程序，其特征在于，所述計算機程序被處理器執行時實現權利要求1-7任一項所述的頁巖水平井分段壓裂套管變形預測方法的步驟。

技術總結
本發明涉及一種頁巖水平井分段壓裂套管變形預測方法，包括以下步驟：S1、基于斷層和天然裂縫發育相關情況，以及設定注液、施工條件下，裂隙巖石的壓力演化與損傷擴展出的水力裂縫，建立第一模型，所述第一模型為包含地層尺寸的三維流固耦合損傷數值模型，所述第一模型為全局模型；S2、基于地層、水泥環、套管相關情況，建立第二模型，所述第二模型為地層?水泥環?套管變形模型，所述第二模型為子模型；S3、采用所述第一模型進行應力變化模擬，將所述第一模型的應力變化結果傳遞至所述第二模型，利用所述第二模型進行套管變形預測。本發明充分考慮斷層、天然裂縫帶三維構造存在以及分段壓裂對斷層、天然裂縫的影響，通過全局模型與子模型共同模擬的方式，有助于進一步準確預測頁巖儲層分段壓裂過程中水平井套變風險。

技術研發人員：鄧燕,馮欣雨,趙志紅,郭建春,張豈曉,張宇航,劉子良,吳詩怡
受保護的技術使用者：西南石油大學
技術研發日：
技術公布日：2024/12/23