页岩油地层超临界二氧化碳压裂矿物尺度破岩模拟方法与流程

本发明涉及油气田增产改造领域，具体涉及一种页岩油地层超临界二氧化碳压裂矿物尺度破岩模拟方法。

背景技术：

1、页岩油储层由于渗透率极低，需通过压裂工艺在地层中形成复杂缝网，减小页岩油从地层到井筒的流动阻力，才能使得页岩油商业化开发。其中超临界二氧化碳压裂具有高效破岩、无水、绿色环保、降粘等优势，是页岩油高效储层改造的潜在技术。

2、但目前关于超临界二氧化碳压裂破岩的数值模拟模型还未全面考虑超临界二氧化碳压裂过程中复杂流体流动、复杂温度变化与多重破岩作用力等特性，以及页岩矿物尺度非均质性，导致页岩油地层超临界二氧化碳压裂破岩机理与规律仍不清楚。

技术实现思路

1、本技术的目的在于提供一种页岩油地层超临界二氧化碳压裂矿物尺度破岩模拟方法，解决了现有技术中存在的问题。

2、本发明通过下述技术方案实现：

3、一种页岩油地层超临界二氧化碳压裂矿物尺度破岩模拟方法，包括：

4、获取页岩油岩心所对应的页岩微观结构特征、各组分的比例和各组分形的貌特征，所述组分包括矿物质和有机质；

5、获取各组分在三种不同围压下的弹性模量与温度的第一关系以及泊松比与温度的第二关系，获取各组分的抗拉强度与温度的第三关系；

6、根据所述页岩微观结构特征、各组分的比例和各组分形的貌特征，对页岩油岩心进行模拟，得到页岩油岩心模拟模型；

7、获取计算区域设定条件，并根据所述计算区域设定条件在页岩油岩心模拟模型中确定计算区域；

8、获取参数赋值，所述计算区域设定条件以及参数赋值为预先存储的数据或者人机交互输入的数据；

9、构建超临界二氧化碳压裂模型，并根据所述第一关系、第二关系、第三关系、参数赋值以及超临界二氧化碳压裂模型，确定所述计算区域中超临界二氧化碳压裂裂缝的延伸轨迹。

10、在一种可能的实施方式中，所述页岩油岩心所对应的页岩微观结构特征包括微观裂隙几何特征、微观裂隙连通特征以及孔喉特征。

11、在一种可能的实施方式中，获取计算区域设定条件，并根据所述计算区域设定条件在页岩油岩心模拟模型中确定计算区域，包括：

12、获取包括于计算区域设定条件中的计算区域尺寸设定子条件以及网格剖分子条件；

13、根据计算区域尺寸设定子条件以及网格剖分子条件，在页岩油岩心模拟模型中确定计算区域，所述计算区域包括多个网格，每个所述网格用于表征一种组分。

14、在一种可能的实施方式中，所述参数赋值包括边界条件加载参数、注入排量设定参数以及注入温度设定参数。

15、在一种可能的实施方式中，所述超临界二氧化碳压裂模型包括多相流体流动子模型、固体传热子模型、流体传热子模型、二氧化碳物性参数计算子模型、岩石变形子模型以及裂缝萌生与演化子模型。

16、在一种可能的实施方式中，所述多相流体流动子模型包括：

17、

18、

19、其中，q(d)表示单根毛细管的流量，其单位为m3/s；π表示圆周率；d表示毛细管直径，其单位为m；dmax表示最大毛细管直径，dmin表示最小毛细管直径；μ表示流体粘度，dl表示流动距离，其单位为m；dp表示流动压降，其单位为pa；q表示总的流量，dn表示毛管数量微分。

20、在一种可能的实施方式中，所述固体传热子模型包括：

21、

22、所述流体传热子模型包括：

23、

24、其中，ρ表示多孔介质密度，其单位为g/m3；cp表示多孔介质比热容，其单位为j/(g.k)；t表示温度；t表示时间，其单位为s；u表示位移，其单位为m；▽表示梯度算子，▽·表示散度算子，αj表示二氧化碳焦耳-汤姆森系数；s表示熵，其单位为j/(mol.k)；p表示压力，其单位为pa；qt表示热源项；

25、所述温度在流体发生节流后变换为：

26、

27、

28、其中，ta表示吼道上游温度，其单位为k；tb表示吼道下游温度，其单位为k；pa表示吼道下游压力，其单位为pa；pb表示吼道上游压力，其单位为pa；k表示中间参数；cp表示二氧化碳定压比热容，其单位为j/(g.k)；cv表示二氧化碳定体积比热容，其单位为j/(g.k)。

29、在一种可能的实施方式中，所述二氧化碳物性参数计算子模型包括：

30、

31、

32、

33、μco2(ρ,t)＝μ0(t)+δμ(ρ,t)+δcμ(ρ,t)

34、λ(ρ,t)＝λ0(t)+δλ(ρ,t)+δcλ(ρ,t)

35、其中，ρco2表示二氧化碳密度，p表示压力，其单位为pa；t表示温度；rc表示二氧化碳气体常数；δ表示对比密度，δ＝ρco2/ρcrtical，ρcrtical表示二氧化碳临界密度，其单位为kg/m3；φr表示残余部分无因次亥姆赫兹自由能，cp表示二氧化碳定压比热容，其单位为j/(g.k)；τ表示逆对比温度，τ＝tcritical/t，tcritical表示二氧化碳临界温度；φo表示理想部分无因次亥姆赫兹自由能，表示偏导符号，cv表示二氧化碳定体积比热容，其单位为j/(g.k)；αj表示二氧化碳焦耳-汤姆森系数；μco2(ρ,t)表示在二氧化碳密度ρco2以及温度t条件下的二氧化碳粘度；μ0(t)表示仅有两个分子相互作用的零密度极限密度，δμ(ρ,t)表示其他所有作用密度的贡献，δcμ(ρ,t)表示临界点附近的密度波动修正因子，λ(ρ,t)表示在二氧化碳密度ρ以及温度t条件下的二氧化碳导热系数，λ0(t)表示仅有两个分子相互作用的零密度极限导热系数，δλ(ρ,t)表示其他所有作用导热系数的贡献，δcλ(ρ,t)表示临界点附近的密度波动修正因子。

36、在一种可能的实施方式中，所述岩石变形子模型包括：

37、

38、其中，g(c)表示多孔介质剪切模量，其单位为pa；g(c)＝e(c,t)/2(1+v(t))；e(c,t)表示多孔介质弹性模量，其单位为pa；v(t)表示多孔介质泊松比，α(c)表示biot孔弹性系数，k(c)表示多孔介质体积模量，其单位为pa；αt表示岩石骨架热膨胀系数，其单位为m/k；ui,jj表示位移二阶偏导，ν表示泊松比，p,i表示压力一阶偏导，t,i表示温度一阶偏导。

39、在一种可能的实施方式中，所述裂缝萌生与演化子模型包括：

40、

41、

42、

43、▽·hm-km＝0

44、其中，f(θ)表示复合断裂模型，gi(θ)表示i型能量释放率，其单位为n/m；gic表示i型临界能量释放率；gii(θ)表示ii型能量释放率，其单位为n/m；giic表示ii型临界能量释放率；σt(t)表示多孔介质抗拉强度，其单位为pa；l0表示为长度尺度参数，其单位为m；e(c,t)表示多孔介质弹性模量，其单位为pa；hm表示微牵引力，其单位为pa.m；km表示内部微观力量，其单位为pa。

45、本技术提供的一种页岩油地层超临界二氧化碳压裂矿物尺度破岩模拟方法，从微观尺度出发，全面考虑页岩微观尺度非均质性和超临界二氧化碳压裂热-流-固三场耦合的复杂性，建立热-流-固三场耦合下页岩油储层超临界二氧化碳压裂矿物尺度破岩新模型，可以为页岩油地层超临界二氧化碳压裂选井和选层、施工排量优化、施工用液量设计、施工压力预测以及地层破裂情况预测等提供理论依据，助力超临界二氧化碳压裂技术往页岩油地层进军。