基于嵌入式离散裂缝模型的裂缝参数反演方法研究

《Processes》：Current-Induced Scour Process Beneath Submarine Piggyback Pipelines: Influence of Geometry Configuration Yuan Zhang, Yunlong Sun, Junjian He, Jiabao Li, Haitao Zhang and Yunwei Shi

　　

针对油气藏数值模拟中裂缝表征精度不足及计算效率受限的问题，研究人员提出了一种融合嵌入式离散裂缝模型（EDFM）与智能优化算法的裂缝参数反演方法。该方法将裂缝长度、角度及起裂时间作为反演变量，通过动态重构裂缝网格并建立流体流动的非相邻连接（NNCs），实现了基质-裂缝及裂缝-裂缝间流体交换的高效计算。研究采用两点通量近似（TPFA）方法离散流体交换项，构建了包含基质-裂缝、裂缝-裂缝两类传输系数的数学模型，并通过积分形式推导了相交裂缝间的流量计算公式。结果表明，该方法在保证计算精度的同时显著提升了迭代效率，为复杂裂缝性储层的动态表征提供了新的技术途径。

研究背景与意义

裂缝性油气藏在开发过程中，裂缝参数的准确表征直接影响数值模拟结果与开发方案设计。传统离散裂缝模型（DFM）虽能精细刻画裂缝几何形态，但存在网格划分复杂、计算成本高的问题，难以与智能优化算法结合开展大规模参数反演。嵌入式离散裂缝模型（EDFM）通过将基质与裂缝网格分别离散并引入非相邻连接（NNCs）表征流体交换，在提升计算效率的同时保留了裂缝的几何特征，为解决上述问题提供了可能。然而，现有EDFM在裂缝参数动态反演中的应用仍存在网格动态重构机制不完善、多类型流体交换项计算效率低等瓶颈。为此，研究人员开展了基于EDFM的裂缝参数反演方法研究，相关成果发表于《Processes》期刊。

关键技术方法

研究采用EDFM对裂缝系统进行离散化处理，将裂缝划分为基质-裂缝连接（Type 1 NNCs）、裂缝网格连接（Type 2 NNCs）及裂缝-井连接（Type 3 NNCs）三类非相邻连接。通过两点通量近似（TPFA）方法离散基质-裂缝间的流体交换项，构建以裂缝长度、角度及起裂时间为反演变量的目标函数。针对相交裂缝网格，采用积分法推导流体交换模型，通过计算半透系数实现裂缝间流量传递的精确表征。研究未涉及具体样本队列，所有模型验证均基于数值模拟算例完成。

研究结果

2.3 嵌入式离散裂缝模型

EDFM通过独立离散基质与裂缝网格，采用NNCs表征流体流动，避免了传统DFM的复杂网格重构。研究明确三类NNCs的物理意义：Type 1 NNCs描述基质向裂缝的流体补给，Type 2 NNCs表征裂缝网格间的窜流，Type 3 NNCs反映裂缝与井筒的耦合关系。该离散方式使裂缝参数反演过程中的网格动态调整效率提升40%以上。

流体交换项离散

基质-裂缝流体交换率qm,f通过TPFA方法离散为：

qm,f=j∑μkrTm,fΔp

其中Tm,f为基质-裂缝传导率，由裂缝面积Af、渗透率k及距离dmf决定（Tm,f=dmfAfk）。该公式将三维渗流问题转化为一维传导计算，降低了数值求解复杂度。

相交裂缝网格流体交换

对相交裂缝f1与f2，流体交换模型表示为：

Qζf1,f2=∫Af1qζf1,f2dA=Tf,fμζkrα(pζf1?pζf2)

式中Tf,f为裂缝间半透系数，通过裂缝渗透率kfi、接触面积afi及交线长度L∩f1,f2计算（T1/2fi=d∩fikfiafiL∩f1,f2,i=1,2）。该模型解决了传统方法对复杂裂缝交叉关系的简化误差问题。

单裂缝多网格接触处理

当单条裂缝穿越多个基质网格时，总传导率按串联公式计算：

Tseg=T1+T2T1T2

该方法通过等效传导率简化了多接触区域的流体分配计算，保证了质量守恒。

讨论与结论

研究提出的EDFM反演框架实现了裂缝参数的高效动态更新，相比传统方法减少计算耗时约35%。通过引入NNCs与TPFA离散，解决了裂缝网格重构与流体交换计算的效率矛盾。半透系数积分模型精确表征了裂缝交叉处的非达西流动特征，为复杂裂缝网络的动态模拟提供了理论支撑。研究成果验证了EDFM与智能优化算法结合的可行性，可为裂缝性油气藏的开发方案优化提供可靠的技术手段。