模拟油田水力压裂裂缝的数字孪生方法、系统、设备及介质与流程

专利检索2026-08-19  26


本发明属于油气井增产,具体涉及模拟油田水力压裂裂缝的数字孪生方法、系统、设备及介质。


背景技术:

1、水力压裂已经成为常规单井增产增注技术,在油气井增产措施领域发挥着至关重要的作用。由于压裂施工作业过程集成度高、设备密度大、工艺复杂,如何保证压裂措施效果是油田开发人员面临的重要问题。目前现场监控和指挥主要依赖于现场的压裂仪表车,工程师和技术人员必须抵达施工现场才能参与指挥和协调;同时,现有的技术手段只能监测排量、压力、砂比等地面施工参数,无法得知地下裂缝延伸和扩展情况。为此,迫切需要一套能实时模拟地下裂缝的裂缝扩展实时展示系统,保证储层改造效果,持续提升水力压裂技术水平。

2、数字孪生(digital twin)简称dt,是一个新兴的概念。dt通常与真实的设备和系统同时产生,用来表示真实世界中设备的数字模型,使得它与实际相应机器的状态和行为上是相同的,目前在自动化领域方兴未艾,在油气井增产技术领域尚未见到类似的报道。

3、因此,将现场的施工数据传回指挥中心,实现了压裂作业过程远程监管、专家协同远程决策;实时模拟人工裂缝当前的裂缝形态,从而判定人工裂缝是否按照既定的设计目标延伸,对保证储层改造效果,提高压裂水平至关重要。经检索,有如以下两项相关专利申请:(1)申请文件cn112983380 a提供了提供一种数字化水力压裂监控设备,是在压力泵两端安装数字流量计和数字压力计,通过集线器在本地显示终端显示。(2)申请文件cn109933035a提供了一种基于数字孪生的生产线控制系统,包括虚拟孪生控制子系统、数据分析子系统、边缘计算网关、数据采集子系统,实时采集生产线当前运行状态数据,对生产线的运行状态进行仿真;上述文件仅实现了可记录、可直接观察数据的数字孪生技术,但其无法直接应用于油田增产领域,无法直接实现实时模拟观测地下裂缝实现水力压裂裂缝的数字孪生。


技术实现思路

1、针对现有技术中存在的问题,本发明提供模拟油田水力压裂裂缝的数字孪生方法、系统、设备及介质,能够实时模拟人工裂缝当前的裂缝形态,实现水力压裂裂缝的数字孪生,为压裂监控及指挥提供科学依据。

2、本发明是通过以下技术方案来实现:

3、与现有技术相比,本发明具有以下有益的技术效果:

4、本发明提供模拟油田水力压裂裂缝的数字孪生方法、系统、设备及介质,基于不同施工现场的各类基本参数,建立压裂模拟计算模型及对应施工现场的压裂阈值;通过轮询方式实时获取现场施工数据,并依据现场施工数据实时迭代压裂模拟计算模型;将实时压裂模拟计算模型和对应施工现场的压裂阈值比较,判断是否出现异常情况,并将判断结果传递至终端显示;本申请基于稳态/非稳态耦合的孔隙-裂缝渗流算法,不仅能模拟出复杂缝网,还能合理反映应力干扰现象,能自动识别破压起裂、暂堵工艺中的二次起裂和二次扩展;同时,能够实时计算的要求,实现了物理压裂井与虚拟数字压裂井的实时同步;实现水力压裂裂缝的数字孪生,为压裂监控及指挥提供科学依据。



技术特征:

1.模拟油田水力压裂裂缝的数字孪生方法,其特征在于,包括以下步骤:

2.根据权利要求1所述任意项模拟油田水力压裂裂缝的数字孪生方法,其特征在于,所述各类基本参数包括:改造工艺、压裂车排量、混砂车流量、砂浓度、携砂液密度、堵剂加量、井口压力和泵注压力。

3.根据权利要求1所述任意项模拟油田水力压裂裂缝的数字孪生方法,其特征在于,所述压裂模拟计算模型采用稳态/非稳态耦合的孔隙-裂缝渗流算法。

4.根据权利要求1所述任意项模拟油田水力压裂裂缝的数字孪生方法,其特征在于,所述压裂模拟计算模型为:

5.根据权利要求4所述任意项模拟油田水力压裂裂缝的数字孪生方法,其特征在于,所述流量q的时间离散差分方程为:

6.根据权利要求1所述任意项模拟油田水力压裂裂缝的数字孪生方法,其特征在于,所述对应施工现场的压裂阈值为:实时压裂模拟计算模型的模拟结果与施工现场的各类基本的实际监测结果误差在3%以内。

7.根据权利要求1所述任意项模拟油田水力压裂裂缝的数字孪生方法,其特征在于,所述判断结果生成为三维可视化结果,并采用动态压缩方式递至终端显示。

8.模拟油田水力压裂裂缝的数字孪生方法系统,其特征在于,基于权利要求1-7所述任意项模拟油田水力压裂裂缝的数字孪生方法,包括:

9.一种计算机设备,包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述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如权利要求1-7任一项所述模拟油田水力压裂裂缝的数字孪生方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质存储有计算机程序,其特征在于,所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-7任一项所述模拟油田水力压裂裂缝的数字孪生方法的步骤。


技术总结
本发明提供模拟油田水力压裂裂缝的数字孪生方法、系统、设备及介质,基于不同施工现场的各类基本参数,建立压裂模拟计算模型及对应施工现场的压裂阈值;通过轮询方式实时获取现场施工数据,并依据现场施工数据实时迭代压裂模拟计算模型;将实时压裂模拟计算模型和对应施工现场的压裂阈值比较,判断是否出现异常情况,并将判断结果传递至终端显示;本申请基于稳态/非稳态耦合的孔隙‑裂缝渗流算法,不仅能模拟出复杂缝网,还能合理反映应力干扰现象,能自动识别破压起裂、暂堵工艺中的二次起裂和二次扩展;同时,能够实时计算的要求,实现了物理压裂井与虚拟数字压裂井的实时同步;实现水力压裂裂缝的数字孪生,为压裂监控及指挥提供科学依据。

技术研发人员:李川,刘汉斌,齐银,陈文斌,张彦军,杜现飞,马兵,吕昌盛,余兴国,李晓燕
受保护的技术使用者:中国石油天然气股份有限公司
技术研发日:
技术公布日:2024/5/29
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