[發明專利]一種實驗頁巖藏儲層水平井交替體積壓裂方法有效
| 申請號: | 201611202767.8 | 申請日: | 2016-12-23 |
| 公開(公告)號: | CN106650100B | 公開(公告)日: | 2020-01-10 |
| 發明(設計)人: | 曾凡輝;程小昭;郭建春;陶亮;唐波濤 | 申請(專利權)人: | 西南石油大學 |
| 主分類號: | G06F30/13 | 分類號: | G06F30/13 |
| 代理公司: | 11315 北京國昊天誠知識產權代理有限公司 | 代理人: | 許志勇 |
| 地址: | 610500 四*** | 國省代碼: | 四川;51 |
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| 摘要: | |||
| 搜索關鍵詞: | 一種 實驗 頁巖 藏儲層 水平 交替 體積 方法 | ||
1.一種實驗頁巖藏儲層水平井交替體積壓裂方法,其特征在于,主要包括以下步驟:
1)收集儲層的地層參數、天然裂縫參數、水力裂縫基本參數;
2)建立水力裂縫與天然裂縫交互作用時天然裂縫的張開、剪切和穿過破壞準則,定量分析水平主應力差對天然裂縫破壞的影響;
3)建立水力裂縫誘導應力計算模型,計算不同射孔簇裂縫間距和裂縫延伸長度對中間射孔簇裂縫延伸區域誘導應力的影響;
4)選擇頁巖儲層水平井體積壓裂射孔簇間距和兩端射孔簇裂縫延伸長度,促使中間射孔簇水力壓裂裂縫延伸與天然裂縫交互式同時產生張開、剪切和穿過破壞模式形成復雜裂縫;
步驟3)水力裂縫誘導應力計算模型建立過程如下:
水力裂縫在位置點A產生的誘導應力為兩個裂縫尖端O1和O2產生的誘導應力的疊加:
式中:σxx、σyy——水力裂縫分別為在x和y方向上的誘導應力,MPa;
r1、r2——地層中任意一點A到水力裂縫兩個尖端O1和O2的距離,m;
若壓裂產生有n條水力裂縫時,則A點處的誘導應力為n條水力裂縫產生的誘導應力的疊加:
式中:σxx(i)、σyy(i)——為第i條裂縫分別在x和y方向上的誘導應力,MPa。
2.根據權利要求1所述的實驗頁巖藏儲層水平井交替體積壓裂方法,其特征在于,參數具體包括:地層的最大、最小水平主應力,巖石楊氏模量、泊松比、粘聚力和抗張強度,天然裂縫長度、壁面摩擦系數以及與水力裂縫與天然裂縫的逼近角、孔隙壓力、裂縫內流體凈壓力、水力裂縫長度和高度。
3.根據權利要求1所述的實驗頁巖藏儲層水平井交替體積壓裂方法,其特征在于,步驟2)的具體實施過程為:
(1)水力裂縫在地層中延伸過程中會對地層產生誘導應力,因此天然裂縫的受力實際上是原地應力和水力裂縫產生的誘導應力疊加,假設水力裂縫和天然裂縫的逼近角為β,且規定拉應力為“正”,壓應力為“負”,則有:
式中:σx、σy、τxy——分別為在x和y坐標下正應力和剪應力分量,MPa;
σH、σh——分別為地層的最大、最小水平主應力,MPa;
KI——為應力強度因子,其值為其中pnet為裂縫內流體凈壓力,l1為水力裂縫半長,MPa·m1/2;
r——為天然裂縫壁面上的任意一點到水力裂縫尖端O的距離,m;
θ——為天然裂縫壁面上的任意一點與水力裂縫尖端的連線與最大水平主應力方向的夾角,rad;
將式(1)~(3)中應力轉化到坐標βx和βy下,從而得到天然裂縫壁面正應力和剪應力分布,天然裂縫面的正應力為:
(2)當水力裂縫與天然裂縫交互時,天然裂縫可能會發生張開、剪切滑移以及穿過都會極大地影響水力裂縫延伸路徑,水力裂縫的擴展可能會致使天然裂縫發生張開、剪切和穿過破壞模式,分別建立水力裂縫與天然裂縫交互時天然裂縫的張開、剪切和穿過破壞準則模型;
①天然裂縫發生張開破壞準則
當水力裂縫內的流體壓力p大于正應力σβy時,原先閉合的天然裂縫便會張開:
p=σβy (7)
根據裂縫擴展理論,在其他條件相同的情況下,線性裂縫擴展所需流體壓力最小,則水力裂縫內的流體壓力表示為:
p=σh+pnet (8)
同理,基于彈性力學理論,當天然裂縫發生張開破壞時,其裂縫張開寬度方為:
式中:w——天然裂縫的張開寬度,m;
ν——泊松比,無量綱;
Hf——天然裂縫高度,m;
E——為楊氏模量,MPa;
將式(7)~(8)代入式(9)中整理得:
②天然裂縫發生剪切破壞準則
當作用于天然裂縫壁面的剪應力過大,則天然裂縫容易發生剪切滑移,因此判斷天然裂縫是否發生剪切破壞的臨界狀態表示為:
|τβ|=s0-μσβy (11)
而當|τβ|>s0-μσβy時,天然裂縫會發生剪切滑移,根據斷裂力學中Westergaard函數,無限大介質中Ⅱ型裂縫面剪切位移表達式為,其中,裂縫面為單面:
式中:s0——天然裂縫壁面的粘聚力,MPa;
us——剪切位移,m;
k——Kolosov常數,k=3-4ν;
G——剪切模量,G=E/2(1+ν),MPa;
x——裂縫面上任意點坐標,m;
l1——天然裂縫半長,m;
③水力裂縫穿過天然裂縫的破壞準則
水力裂縫與天然裂縫相交時,當作用于天然裂縫壁面的最大主應力達到巖石抗張強度后,同時滿足天然裂縫不發剪切滑移時,則水力裂縫將會穿過天然裂縫;
臨界穿過時σ1達到抗張強度T0:
σ1=T0 (14)
除滿足式(14)外,還必須滿足裂縫不發生剪切破壞,即|τβ|<s0-μσβy,當兩個條件同時滿足時,水力裂縫將穿過天然裂縫而繼續延伸;
下面討論穿過臨界距離和初始轉向角度:
令并將式(1)~(3)、(13)代入式(14)整理得:
式(15)有兩個解,一根為最大主應力等于巖石抗張強度時的解,另一根為最小主應力等于巖石抗張強度時的解,前者為所需的解,其對應的臨界距離rc和轉向角度γ:
臨界距離rc:
轉向角度γ為:
式中:γ——轉向角度,規定與最大水平主應力方向的夾角,逆時針為“正”,即向上穿過天然裂縫。
4.根據權利要求1所述的實驗頁巖藏儲層水平井交替體積壓裂方法,其特征在于,步驟4)具體結合地層基礎參數,通過分析主應力差對天然裂縫張開、剪切和穿過破壞模式的影響和定量分析,判定更有利于改善頁巖儲層水平井體積壓裂效果的情況,從而選擇頁巖儲層水平井交替體積壓裂的射孔簇間距和兩端射孔簇的裂縫延伸長度。
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