y, z，MPa ;叫一裂縫法向矢量分量，i 指標取1，7,2，1?3;〇-天然裂縫與水平主應(yīng)力方向夾角（逼近角），°;，一天然裂縫與 水平面夾角（傾角），° ;pn-天然裂縫壁面所受正應(yīng)力值，MPa 天然裂縫壁面所受切 應(yīng)力值，MPa ;
[0173] Kf-天然裂縫摩擦系數(shù)，無量綱；pnf-天然裂縫內(nèi)壓力，等于當前儲層壓力p'， MPa ;St+天然裂縫抗張強度，MPa ; τ。一天然裂縫內(nèi)聚力，MPa。
[0174] 最后計算壓裂破碎區(qū)體積，根據(jù)計算儲層內(nèi)任意點的破壞狀態(tài)，對壓裂破碎區(qū)進 行三維表征，結(jié)合空間數(shù)值積分方法，分別計算張性破碎區(qū)體積和剪切破碎區(qū)體積，并將兩 者的空間并集算作總體破碎區(qū)體積。
[0175] 計算過程中求得儲層應(yīng)力場（圖6、7、8)、儲層壓力場（圖9)和總體破碎區(qū)體積三 維空間展布形態(tài)（圖10);并計算出壓裂總體破碎區(qū)體積為3. 39X 106m3。
[0176] 該方法考慮頁巖水平井分段分簇壓裂過程中流體擴散滲流場和裂縫誘導(dǎo)應(yīng)力場 同時改變對頁巖體天然裂縫的觸發(fā)破壞機制，建立了一種適合頁巖水平井分段分簇壓裂破 碎區(qū)體積計算新模型。由于該模型的計算方法與頁巖壓裂破碎區(qū)實際的物理演化過程相一 致，為此，可對壓裂破碎區(qū)進行準確的定量評價，包括剪切破碎區(qū)體積和張性破碎區(qū)體積， 并獲得壓裂破碎區(qū)體積的三維形態(tài)，實現(xiàn)頁巖水平井壓裂評價的經(jīng)濟化、快速化、準確化， 解決了現(xiàn)有頁巖水平井壓裂時對破碎區(qū)體積計算過程費時費力費錢，導(dǎo)致壓裂破碎區(qū)體積 評價不能廣泛推廣應(yīng)用的問題。
【主權(quán)項】
1. 一種頁巖水平井壓裂破碎區(qū)體積的計算方法，其特征在于，包括以下步驟:A、可以 運用裂縫擴展理論建立頁巖壓裂過程中的水力裂縫延伸模型； B、 可以運用巖石力學(xué)理論建立巖壓裂過程中的應(yīng)力場變化模型； C、 可以運用滲流力學(xué)理論建立巖壓裂過程中的壓力場變化模型； D、 可以運用巖石破壞理論建立巖壓裂過程中的天然裂縫破壞準則模型； E、 結(jié)合上述4個步驟通過計算流程即可對壓裂破碎區(qū)體積進行計算和表征。2. 如權(quán)利要求1所述的一種頁巖水平井壓裂破碎區(qū)體積的計算方法，其特征在于，所 述步驟A中水力裂縫延伸模型包括以下計算公式： 裂縫縫寬方程： 1=1結(jié)合求解條件式（4)~式（6)，采用隱式有限差分法對式（1)和式（3)進行求解，得到 頁巖壓裂時各條水力裂縫的幾何參數(shù)； 式中：W(y) -延伸方向上y處的最大縫寬，mm ;L(t)-t時刻水力裂縫長度，m ;E-巖石 楊氏模量，MPa ;p(y)-縫內(nèi)y處壓力，MPa ;〇n(y)-延伸方向上y處裂縫面受到的正應(yīng)力， MPa；hf一裂縫縫尚，m;v -巖石泊松比，無因次；y-壓裂液粘度，mPa?s ;c\-濾失系數(shù)， m/s1/2;q-縫內(nèi)流量，m3/s;Qi-第i條水力裂縫內(nèi)壓裂液分流量，m3/s;Q_ping-壓裂施工栗 注總排量，m3/s;M-水裂縫條數(shù)，即射孔簇數(shù)。3. 如權(quán)利要求2所述的一種頁巖水平井壓裂破碎區(qū)體積的計算方法，其特征在于，所 述步驟B中應(yīng)力場變化模型包括以下計算公式： 利用彈性力學(xué)理論，計算水力裂縫在附近區(qū)域產(chǎn)生的誘導(dǎo)應(yīng)力場：式中：Aoxx、Aoyy、Aozz-x、y、z方向上法向誘導(dǎo)應(yīng)力，MPa;Aoxz-x面上z方向 切向誘導(dǎo)應(yīng)力，MPa 人工裂縫內(nèi)凈壓力，MPa;v-巖石泊松比，無量綱；c一裂縫高度 hf的1/2,m;r、r^r2-幾何長度參數(shù)，m; 0、0 ^ 0 2-幾何角度參數(shù)，° ; 利用疊加原理計算出多條水力裂縫存在時的儲層應(yīng)力場：式中：0XX、0yy、0zz、0xy、0yz、0xz-初始地應(yīng)力值分量，MPa; 2A〇xx、5：A〇 yy、 5：A〇zz、5：A〇xz-多條裂縫產(chǎn)生的誘導(dǎo)應(yīng)力值各分量之和，MPa; 〇，xx、〇，yy、〇， zz、 〇，xy、〇，yz、〇，xz-當前地應(yīng)力值分量，MPa。4.如權(quán)利要求3所述的一種頁巖水平井壓裂破碎區(qū)體積的計算方法，其特征在于，所 述步驟C中壓力場變化模型包括以下計算公式： 利用雙重介質(zhì)理論來計算縫網(wǎng)壓裂，在計算Laplace域內(nèi)各向異性頁巖儲層壓力增量 為：上式各中間參數(shù)和無因次量表達式為：麵.一Laplace域內(nèi)壓力場，MPa;L-參考長度，可取水平井長度，m;hf-裂縫尚度，m;i一油藏厚度，m出^一無因次油藏厚度，無量綱；kmx-基質(zhì)系統(tǒng)x方向上滲透率，D;kmy-基 質(zhì)系統(tǒng)y方向上滲透率，D -基質(zhì)系統(tǒng)z方向上滲透率，D一基質(zhì)系統(tǒng)等效滲透率，D; f一單位面積流量，m/s;Q-注入排量，m3/s;y-液體粘度，mPa?s;s-Laplace變量；Lf一 裂縫半長，m;K。一0階Bessel函數(shù)；u-自定義函數(shù)；《-彈性儲能，無量綱；A-無因次竄 流系數(shù)，無量綱；a-巖塊形狀因子，無量綱；(}> 一孔隙度，無量綱；^一總壓縮系數(shù)，MPaS kfx-裂縫系統(tǒng)x方向滲透率，D;kfy-裂縫系統(tǒng)y方向滲透率，D;kfz-裂縫系統(tǒng)z方向滲透 率，D;kf-裂縫系統(tǒng)等效滲透率，D;xw-井底x坐標，m;yw-井底y坐標，m;zw-井底z坐 標，m;xD-無因次x坐標，無量綱；yD-無因次y坐標，無量綱；xwD-井底無因次x坐標，無量 綱；ywD-井底無因次y坐標，無量綱；下標m表示基質(zhì)系統(tǒng)；下標m表示天然裂縫系統(tǒng)； 求解出Laplace域中的儲層壓力場z，.y)后，利用Stehfest數(shù)值反演即可得到儲 層實際壓力場Ap(x，y，z，t):式中：t一時間，s;N-求和項數(shù)，值越大越精確，一般取6~18之間的偶整數(shù)； 利用疊加原理計算出多條水力裂縫存在時的儲層壓力場： P1 (x,y,z,t) =Pi(x,y,z, 0) + 2Ap(x,y,z,t) (33) 式中取一初始儲層壓力場，MPa; 2Ap-儲層壓力增量疊加場，MPa;p' -當前儲層壓 力場，即天然裂縫系統(tǒng)壓力場，MPa。5. 如權(quán)利要求4所述的一種頁巖水平井壓裂破碎區(qū)體積的計算方法，其特征在于，所 述步驟D中天然裂縫破壞準則模型包括以下計算公式： 天然裂縫的張性破壞判別式為： Pnf> P n+St(34) 剪切破壞判別式為：其中： Pn= 0 xXnxnx+ 〇xynynx+〇xznznx+〇xynxny+〇yynyny (36) +〇yznzny+〇xznxnz+〇yznynz+〇zznznz pT=[(〇xxnx+〇xyny+〇xznz)2 + ( 0xynx+ 〇yyny+〇yznz) 2+ (〇xznx+〇yzny+〇zznz)2 (37) -(0 xXnxnx+〇xynynx+〇xznznx+〇xynxny+〇yynyny +〇yznzny+〇xznxnz+〇yznynz+〇zznznz)2] 1/2式中：〇u-儲層應(yīng)力張量分量，i,j指標取x,y,z，MPa 裂縫法向矢量分量，i指 標取x，y，z，MPa;a-天然裂縫與水平主應(yīng)力方向夾角（逼近角），° ;賢一天然裂縫與水 平面夾角（傾角），° ;pn-天然裂縫壁面所受正應(yīng)力值，MPa;pT-天然裂縫壁面所受切應(yīng) 力值，MPa;Kf-天然裂縫摩擦系數(shù)，無量綱；pnf-天然裂縫內(nèi)壓力，等于當前儲層壓力p'， MPa義一天然裂縫抗張強度，MPa;t。一天然裂縫內(nèi)聚力，MPa。6. 如權(quán)利要求5所述的一種頁巖水平井壓裂破碎區(qū)體積的計算方法，其特征在于，所 述步驟E中的計算流程包括以下步驟： 1) 根據(jù)水平井筒射孔參數(shù)確定分段壓裂的簇間距和簇數(shù)，建立相應(yīng)的三維笛卡爾直角 坐標系； 2) 利用上述公式（1)、（3)、⑷~（6)計算出裂縫擴展空間幾何尺寸； 3) 利用上述公式（7)~（11)、（17)求解出當前地應(yīng)力場〇 ' 1]; 4) 利用式（18)、（31)、（32)求解出當前儲層壓力場p'; 5) 利用式（34)、（35)，帶入〇 'ijPp'判斷儲層內(nèi)任一點的天然裂縫是否發(fā)生破壞， 以及破壞的類型； 6) 根據(jù)天然裂縫破壞判斷結(jié)果，利用空間數(shù)值積分方法，分別計算張性破碎區(qū)體積和 剪切破碎區(qū)體積，并將兩者的空間并集算作總體破碎區(qū)體積。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種頁巖水平井壓裂破碎區(qū)體積計算方法，包括以下步驟：A、可以運用裂縫擴展理論建立頁巖壓裂過程中的水力裂縫延伸模型；B、可以運用巖石力學(xué)理論建立巖壓裂過程中的應(yīng)力場變化模型；C、可以運用滲流力學(xué)理論建立巖壓裂過程中的壓力場變化模型；D、可以運用、巖石破壞理論建立巖壓裂過程中的天然裂縫破壞準則模型；E、結(jié)合上述4個步驟通過計算流程即可對壓裂破碎區(qū)體積進行計算和表征。有益效果是解決了現(xiàn)有頁巖水平井壓裂時對破碎區(qū)體積計算過程費時費力費錢且導(dǎo)致壓裂破碎區(qū)體積評價不能廣泛推廣應(yīng)用問題。
【IPC分類】E21B49/00, E21B43/26
【公開號】CN105019877
【申請?zhí)枴緾N201510352975
【發(fā)明人】任嵐, 林然, 趙金洲, 黃靜
【申請人】西南石油大學(xué)
【公開日】2015年11月4日
【申請日】2015年6月24日