本发明属于油藏开发，涉及一种综合表征注水诱导裂缝动态变化的方法，具体涉及注水诱导动态裂缝的动态特征分析及数值模拟方法，通过对注水诱导动态裂缝的特征分析和三维非均质模型建立，从而提出裂缝的形态变化、压力变化、渗透率变化合理数值表征方法。
背景技术：
1、在实际油田现场开发中，由于绝大多数油藏的天然能量十分有限，必须依靠人工补充能量来进行开采。人工补充能量开采有很多种方式，最常用的有注水开发、注气开发及热力采油等。注水开发有着成本低、注入水方便获取、注入流程易操作等诸多优势，因此需要进行补充能量开采的油藏普遍会首选注水开发的方式。目前注水开发已经成为各大油田的主要开发方式，在国内外进行了广泛应用，拥有不可替代的地位。
2、注够水、注好水是油田稳产的基础，而随着注水开发的长时间进行，注水井周围区域压力升高，当压力升高到超过地层破裂压力时，使得岩层发生破裂，或岩层原本闭合及填充的原始裂缝被激发、再造，形成新的优势通道，即为诱导裂缝。注水诱导裂缝在注水井的周边生成，一般情况下沿着最大主应力的方向进行延伸，其形态通常为垂直裂缝，随着注水的持续进行，裂缝不断延伸，当注入量与进入地层的渗入量相当时，裂缝停止延伸。
3、注水诱导裂缝现象多发生于渗透率较低的油藏，会引起生产井注入水提前突破的油藏井网，其影响纵贯油藏数十年的开发过程。而注水诱导裂缝的成因机理比较复杂，其在油藏开发动态上表现出来的特征较为明显，但其表征难度较大。注水开发油藏产生的诱导裂缝受地质和工程多重因素影响，会随着开发的进展而不断发生变化、扩展规律十分复杂。一般情况下，在油田注水过程中，储层压力的保持会使得裂缝不断向前延伸。同时，开采阶段的压力下降会引起裂缝的一个缓慢闭合，裂缝随之持续缩短。
4、这种复杂的裂缝动态变化对油田开发的影响是双重的，一方面诱导裂缝的形成改善了储层的渗流能力，成为储层流体的主要渗流通道，对油气井产能有直接的影响，这是其有利的方面；另一方面注水诱导裂缝的存在使得地层非均质性加剧，导致水淹、水窜，而油井的暴性水淹会使得注入水的波及系数下降，导致油田开发效果变差，这是其不利的方面。并且注水诱导裂缝的形成是低渗透油藏在长期注水开发过程中新表现出的最严重非均质性，使得储层状况变得更为复杂，如会引起储层渗流场的改变、影响剩余油的分布，甚至需要改变开发井网的类型。因此研究注水诱导裂缝特征并对其进行准确表征，对低渗透油藏的高效开发具有重要意义。
5、国内外对注水诱发裂缝现象的研究起源于上世纪70年代末，近10年来，研究已经由常规油藏扩展至非常规油藏。中国石油大学(北京)(专利号cn201610289003.0)针对低渗透油藏注水诱导裂缝，提出了预测与评价方法，能够评价注水诱导裂缝对低渗透油藏渗流场及注水开发的影响，预测在低渗透油藏开发过程中形成的注水诱导裂缝三维空间展布规律，并评价注水诱导裂缝对低渗透油藏注水开发的影响，为低渗透油藏开发提供了可靠信息。陕西延长石油(集团)有限责任公司(专利号cn202111081319.8)针对低渗透油藏的注水诱导动态裂缝提出了变导流能力计算方法，通过建立物理模型、将整个系统分为3部分分别研究以及划分流动阶段揭示了低于破裂压力条件下注水诱导裂缝的机理，建立了考虑关井测压过程中裂缝属性参数变化的动态诱导裂缝压力分析模型，并揭示了井筒存储和由于裂缝闭合导致的“裂缝存储”效应，可快速准确解释注水诱发裂缝长度及导流能力等重要参数。此外，陕西延长石油(集团)有限责任公司(专利号cn202211578528.8)提出了一种考虑渗吸机理的注水诱导动态裂缝渗流数值模拟方法，通过建立注水诱导动态裂缝油水两相渗流数学模型以及采用全隐式有限差分方法获得考虑渗吸驱替双重作用的动态裂缝油水两相渗流场数据对模型求解，精确表征了储层实际渗流环境。
6、当前，国内学者对于注水诱导裂缝的研究主要证实了动态裂缝的存在，以实验室测试和油田现场测试资料为依据，研究裂缝的诊断识别和数值模拟2个方面，对诱导裂缝其他理论特别是动态变化过程的研究较少，没有全面研究注水诱导裂缝的特征以及动态变化。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供一种综合表征注水诱导裂缝动态变化的方法，克服当前研究的缺点，解决现有方法中存在的针对注水诱导裂缝的动态变化研究不全面的问题，满足现场施工需求，更好地指导生产实践。相对于传统的研究裂缝的诊断识别和数值模拟技术而言，本发明的方法具有简单方便、针对性更强、实用性更好等特点，因而具有很好的推广使用价值。
2、为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种通过特征分析和三维非均质模型建立全面研究注水诱导动态裂缝，采用数值分析方法表征诱导裂缝扩展过程中的形态变化、压力变化以及相渗变化，为后续针对性的开展油藏注水开发工作、保证最大采出程度提供了必要依据。其优势在于：具备理论研究意义以及实践指导意义，全面描述裂缝的扩展过程、表征其动态变化，后续对影响裂缝扩展规律的主控因素进行敏感性分析，并最终深入认识和评价裂缝的动态变化对于井网中不同位置生产井开发效果的影响程度，使研究结果能够充分体现出典型方向性见水井组的含水上升趋势，为矿场开发方案编制提供理论指导。具体包括以下内容。
3、一种综合表征注水诱导裂缝动态变化的方法，包括以下步骤：
4、s1分析注水诱导裂缝的特征；
5、s2综合分析注水诱导裂缝相关资料；
6、s3建立注水诱导裂缝的三维非均质模型；
7、s4考虑注水诱导裂缝的动态延伸，表征注水诱导裂缝的形态变化；
8、s5建立裂缝模型和基质模型并形成耦合模型，表征注水诱导裂缝的压力变化；
9、s6考虑方向性相渗以及裂缝等效区域的渗流变化，表征注水诱导裂缝的相渗变化。
10、进一步的，步骤s1具体包括：注水诱导裂缝形成机理分析、注水诱导裂缝动力学特点分析、注水诱导裂缝发育特征分析和注水诱导裂缝主控因素分析。
11、进一步的，所述注水诱导裂缝形成机理包括天然潜在闭合型动态裂缝、人工措施诱导型动态裂缝和超破裂压力型动态裂缝。
12、进一步的，所述注水诱导裂缝动力学特点具体为：设k1为应力强度，k1c为岩石的韧性强度，注水诱导裂缝的动态变化有以下准则：①k1＞k1c，则裂缝尖端延伸，直至k1＝k1c；②k1＜0，则裂缝尖端收缩，直至k1＝0；③0≤k1≤k1c，则裂缝尖端既不延伸，也不收缩。
13、进一步的，所述注水诱导裂缝主控因素包括：油水流度比、井底压力、温度、注水水质和注水速度。
14、进一步的，所述注水诱导裂缝识别方法的判断因素包括：油井逐渐表现出方向性高含水特征、方向性水淹井含水率变化曲线呈现出阶梯状上升、试井解释储层具有裂缝渗流特征、高含水油井对应注水井吸水剖面逐渐表现为指状吸水特征且注水指示曲线出现拐点、示踪剂测试显示受效井方向性明显、水驱前缘扩散具有明显的方向性。
15、进一步的，步骤s2中所述相关资料包括：岩心、测井、地震和野外露头等资料。
16、进一步的，步骤s3中所述三维非均质模型的参数包括裂缝间距、长度、高度、孔隙度和渗透率，所述三维非均质模型描述这些参数的三维分布。
17、进一步的，步骤s4中把动态裂缝的形态变化简化成其在长度上的演化，数值模拟时首先指定动态裂缝的延伸方向，然后逐个判断该方向网格当前时间步的地层压力是否超过临界压力，如果超过则动态裂缝向前延伸一个网格长度。
18、进一步的，步骤s5中所述耦合模型为：
19、式中，qw为基质和裂缝之间的流体交换量，m3/s；δx为裂缝网格的长度，m；z为裂缝网格高度，m；μw为水的粘度，mpa·s；δy为基质网格y方向宽度，m；pf为裂缝网格中的压力，mpa；pm为基质网格中的压力，mpa；c为流体交换系数，10-3μm2。
20、进一步的，步骤s6中裂缝中注水诱导裂缝的相渗变化用以下方程表示：
21、
22、式中，vof为油在裂缝中的流速，m/s；vgf为气在裂缝中的流速，m/s；vwf为水在裂缝中的流速，m/s；kf为裂缝绝对渗透率，10-3μm2；krof为裂缝中油的相对渗透率，无因次；krgf为裂缝中气的相对渗透率，无因次；krwf为裂缝中水的相对渗透率，无因次；μof为裂缝中油的粘度，mpa·s；μgf为裂缝中气的粘度，mpa·s；μwf为裂缝中水的粘度，mpa·s；p为压力，mpa；ρof为裂缝中油的密度，kg/m3；ρgf为裂缝中气的密度，kg/m3；ρwf为裂缝中水的密度，kg/m3；h为由某一基准面起算的深度，m。
23、本发明考虑了注水诱导动态裂缝形成机理、动力学特点、发育特征、主控因素以及识别方法，并建立三维非均质模型。采取数值方法表征动态裂缝的形态变化、压力变化以及相渗变化。该表征方法适用于全面研究油藏注水诱导裂缝的动态变化，对油藏的生产动态分析、后期井网调整具有较好的借鉴意义，为针对性的开展油藏注水开发工作、保证最大采出程度提供了必要依据。具体体现在：
24、(1)本发明提出了一种利用数值方法表征注水诱导裂缝动态变化的方法，从而便于后续研究裂缝对注水开发的影响并提高注水效率、增加单井产量；
25、(2)本发明全面分析了注水诱导裂缝的特点，包括形成机理、动力学特点、发育特征、主控因素以及识别方法，弥补了目前动态裂缝研究不全面的的问题；
26、(3)本发明提出的综合表征注水诱导裂缝动态变化的方法易于编程实现，可编译为软件执行，为后续进行敏感性分析和数值模拟提供了良好的前处理模块，也为进行油田注水开发方式调整等方面提供了精确的保障；
27、(3)本发明原理可靠，确保方法的可靠性和普适性，其应用前景广阔，能够为油藏注水开发提供重要的理论及技术支持。
1.一种综合表征注水诱导裂缝动态变化的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤s1具体包括：注水诱导裂缝形成机理分析、注水诱导裂缝动力学特点分析、注水诱导裂缝发育特征分析、注水诱导裂缝主控因素分析和注水诱导裂缝识别方法分析。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述注水诱导裂缝形成机理包括天然潜在闭合型动态裂缝、人工措施诱导型动态裂缝和超破裂压力型动态裂缝。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述注水诱导裂缝动力学特点具体为：设k1为应力强度，k1c为岩石的韧性强度，注水诱导裂缝的动态变化有以下准则：①k1＞k1c，则裂缝尖端延伸，直至k1＝k1c；②k1＜0，则裂缝尖端收缩，直至k1＝0；③0≤k1≤k1c，则裂缝尖端既不延伸，也不收缩。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述注水诱导裂缝发育特征具体为：油藏类型为注水开发油藏；成因机理为注水压力过高；力学性质为拉张裂缝；开启程度为裂缝张开、渗透率高；几何形态为主方向裂缝；平面规模为数个井距；纵向规模为不受单层控制；应力来源为注水造成的局部扰动压力；主控因素为注水强度、天然裂缝、压裂缝、岩石力学性质差异；对储层影响为对储层基质孔隙结构和物性影响小。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述注水诱导裂缝主控因素包括：油水流度比、井底压力、温度、注水水质和注水速度。
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述注水诱导裂缝识别方法的判断指标包括：油井逐渐表现出方向性高含水特征、方向性水淹井含水率变化曲线呈现出阶梯状上升、试井解释储层具有裂缝渗流特征、高含水油井对应注水井吸水剖面逐渐表现为指状吸水特征且注水指示曲线出现拐点、示踪剂测试显示受效井方向性明显、水驱前缘扩散具有明显的方向性。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤s2中所述相关资料包括：岩心、测井、地震和野外露头资料。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤s3中所述三维非均质模型的参数包括裂缝间距、长度、高度、孔隙度和渗透率，所述三维非均质模型描述这些参数的三维分布。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤s4中把动态裂缝的形态变化简化成其在长度上的演化，数值模拟时首先指定动态裂缝的延伸方向，然后逐个判断该方向网格当前时间步的地层压力是否超过临界压力，如果超过则动态裂缝向前延伸一个网格长度。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤s5中所述耦合模型为：
12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤s6中裂缝中注水诱导裂缝的相渗变化用以下方程表示：
