【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及油气开采，更具体地说，它涉及一种用粘性流体驱动裂纹动力学模型辅助油气开采的方法。
技术介绍
1、随着常规油气资源勘探开发程度不断加深和资源品位逐步下降，持续增储上产的难度越来越大，对非常规油气资源的勘探技术研发将会是未来的主攻方向。目前已探明页岩油储量十分可观，因而高效开发页岩油气资源已成为缓解油气能源供应紧张的有效途径。
2、水力压裂技术是高效开采页岩油气资源的关键技术，然而真实水力压裂是在室外地下几千米深处进行。目前的勘探技术无法准确探明地下情况油气移动的动力学特征。
3、因此，亟需构建一个水力压裂粘性流体动力学模型以此来模拟油气迁徙，分析流体速度、渗流和岩石刚度、温度等对于油气迁徙动力学过程的影响，进而指导水力压裂开采，降低开采难度并提升产量。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题是针对现有技术的上述不足，本专利技术的目的是提供一种用粘性流体驱动裂纹动力学模型辅助油气开采的方法。
2、本专利技术的技术方案是：一种用粘性流体驱动裂纹动力学模型辅助油气开采的方法，所述方法具体如下：
3、根据利用高压流体驱动岩石基质产生裂缝并在裂缝中流动，建立单一裂缝中液体流动的模型，裂缝长度为l；具体为，从水平坐标出发，利用沿水平坐标的一维navier-stokes方程，描述单个裂缝中的稳态牛顿流：
4、
5、其中，u为垂直速度，μ为动粘度，p为压力，ρ为密度，g为重力加速度，h为裂缝孔径，z为裂纹竖直
6、u(0)＝u(h)＝0, (2)
7、对式(1)进行积分，同时考虑式(2)的边界条件，得到平均垂直速度u与压力梯度的关系如下：
8、
9、t为时间，所述模型是关于两个无限大板之间的层流，满足如下关系：
10、
11、re表示雷诺数；考虑到基质泄漏对破裂壁的影响，将质量守恒定律应用于纵坐标上的短长度dz，得到：
12、
13、其中，ul为天然裂缝至岩石基质的泄漏速度；根据达西定律，泄漏率与沿裂缝壁面x方向的压差成正比，可计算为：
14、
15、式中，为岩石地基渗透率与岩石厚度之比，pb为背压；简化式(5)得到一维连续性方程为：
16、
17、由于液体的可压缩性很低，假设液体的密度是恒定的，考虑粘度沿垂直坐标的变化，将式(7)变换为：
18、
19、将式(3)代入式(8)，得到孔径演化的非线性方程：
20、
21、根据所述模型指导水力压裂进行油气开采。
22、作为进一步地改进，描述温度引起的粘度变化如下：
23、μ＝μref[t], (10)
24、其中μref为参考粘度模块，[t]为温度减薄模块，定义为：
25、
26、式中，δet为诱导热变薄所需的阿伦尼乌斯活化能，r为气体通用常数，t为流体温度，tref为参考温度。
27、进一步地，为了考虑流体流动过程中裂缝的温度分布，所述模型包括从裂缝到岩石基质的泄漏，因此温度模型也包括泄漏效应，温度方程描述如下：
28、
29、式中，tin为裂缝入口温度，tm为岩石基体温度，ξ是能量方程的系数，长度刻度l1与泄漏特征的长度有关；l1如下：
30、
31、式中，uin为裂缝入口处的速度，可由式(3)计算，hin为裂缝入口孔径；定义式(12)中的系数ξ为：
32、
33、其中φ为储层孔隙度，为：
34、
35、其中erfc表示误差函数；式(14)和式(15)中的η参数取决于液体的物理参数，表达式如下：
36、
37、其中ρ和c分别为液体的密度和比热，ρm、cm和km分别为岩石基质的密度、比热和导热系数；考虑到岩石是一种弹性材料，假设裂缝是由高压流侵入形成的，且裂缝高度随着长度在变化，因此采用p3d模型，在岩石基础弹性力与高压流压力平衡的基础上，建立如下关系式：
38、
39、式中，ho为原始压力引起的原始裂缝孔径，po,kn为断裂刚度；需要注意的是，式(17)中线性相关性的准确性取决于膨胀过程中压力变化的范围和压力的初始值，设置初始压力po与背压pb相同。
40、进一步地，为了捕捉裂缝孔径的演变和流动动力学，将式(17)和式(9)结合建立了控制方程，然后采用隐式时间步进格式和标准二阶中心差分方法对控制方程进行离散化；
41、在裂缝的入口施加恒定的压力，
42、p|z＝0＝pin, (18)
43、在裂缝出口处，定义了两种边界条件：第一种是开放式的出口，对其施加恒定的出口压力：
44、p|z＝l＝pout, (19)
45、对于结果部分所示的计算，将出口压力pout设为等于原始压力p0；
46、第二种是封闭的出口，在封闭的出口施加恒定的速度，以允许断裂出口扩展；因此，出口压力梯度为：
47、
48、其中μ(l,t)和h(l,t)分别为出口液体粘度和裂缝孔径；在具有打开或关闭出口的模拟中，定义初始压力从引脚到口呈线性变化；
49、结合式(17)至式(19)，可以得到描述单个裂缝压力演化的控制方程：
50、
51、应用隐式时间步进格式和标准二阶中心差分法，将式(21)离散为：
52、
53、其中δt为时间间隔，n、n+1为时间步长，δz为网格大小，m-1、m、m+1为通道i的网格单元节点数。
54、进一步地，在计算中，对式(22)进行整理，并使用thomas算法更新压力。
55、进一步地，还包括精度分析过程：
56、将第一类边界条件下单裂缝中液体向上流动模型的数值解与其解析解进行了比较；具体为，在单一裂缝中液体流动的模型中定义式(23)：
57、
58、指定边界条件：
59、
60、当模型达到稳定时，压强和孔径在时间上不在变化，为0，同时假设渗透为0，粘度在空间上不变化，式(23)结合式(17)得压强的解析解为：
61、p＝(c1z+c2)1/4 (25)
62、c1，c2为拟合常数；代入边界条件式(24)后解析解为：
63、p＝(8.1×1029-1.3×1028 z)1/4 (26)。
64、有益效果
65、本专利技术与现有技术相比，具有的优点为：
66、本专利技术是在充分考虑岩石基质对裂缝内流动动力学的作用，以及流体流动对裂缝形状的反馈的情况下，建立一个综合模型来模拟本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用粘性流体驱动裂纹动力学模型辅助油气开采的方法，其特征在于，所述方法具体如下：
2.根据权利要求1所述的一种用粘性流体驱动裂纹动力学模型辅助油气开采的方法，其特征在于，描述温度引起的粘度变化如下：
3.根据权利要求2所述的一种用粘性流体驱动裂纹动力学模型辅助油气开采的方法，其特征在于，为了考虑流体流动过程中裂缝的温度分布，所述模型包括从裂缝到岩石基质的泄漏，因此温度模型也包括泄漏效应，温度方程描述如下：
4.根据权利要求3所述的一种用粘性流体驱动裂纹动力学模型辅助油气开采的方法，其特征在于，为了捕捉裂缝孔径的演变和流动动力学，将式(17)和式(9)结合建立了控制方程，然后采用隐式时间步进格式和标准二阶中心差分方法对控制方程进行离散化；
5.根据权利要求4所述的一种用粘性流体驱动裂纹动力学模型辅助油气开采的方法，其特征在于，在计算中，对式(22)进行整理，并使用Thomas算法更新压力。
6.根据权利要求4所述的一种用粘性流体驱动裂纹动力学模型辅助油气开采的方法，其特征在于，还包括精度分析过程：
【技术特征摘要】
1.一种用粘性流体驱动裂纹动力学模型辅助油气开采的方法，其特征在于，所述方法具体如下：
2.根据权利要求1所述的一种用粘性流体驱动裂纹动力学模型辅助油气开采的方法，其特征在于，描述温度引起的粘度变化如下：
3.根据权利要求2所述的一种用粘性流体驱动裂纹动力学模型辅助油气开采的方法，其特征在于，为了考虑流体流动过程中裂缝的温度分布，所述模型包括从裂缝到岩石基质的泄漏，因此温度模型也包括泄漏效应，温度方程描述如下：
4.根据权利要求3所述的一种用粘性流...
【专利技术属性】
技术研发人员：师浩森，李阳，何振麾，谢佳馨，杨策宇，秦智鹏，
申请(专利权)人：广西大学，
类型：发明
国别省市：
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