一种页岩压裂过程中复杂裂缝扩展影响因素的分析方法技术

本发明专利技术公开了一种页岩压裂过程中复杂裂缝扩展影响因素的分析方法，包括如下步骤：首先，开展目标储层地质特征分析；其次，建立裂缝不同扩展模式下的动态扩展数学模型，提出相应的求解方法，对不同扩展模式的净压力进行计算，并对不同扩展模式下的裂缝参数进行反演计算；最后，对影响页岩裂缝动态扩展的各种因素下裂缝延伸规律、对应的压力响应特征进行研究，明确不同施工压力响应下裂缝动态扩展规律与主控因素。本发明专利技术能清楚掌握裂缝动态扩展行为，实现对页岩气田不同典型施工曲线的诊断分析，有利于尽早识别出各类压裂变化事件，提前判断裂缝形态走势和施工异常点，及时调整压裂优化设计，避免无效改造，降低措施成本，从而提高压裂质量和效果。

An Analysis Method of Influencing Factors of Complex Fracture Propagation in Shale Fracturing Process

【技术实现步骤摘要】
一种页岩压裂过程中复杂裂缝扩展影响因素的分析方法
本专利技术应用于石油天然气工程领域，具体涉及一种页岩压裂过程中复杂裂缝扩展影响因素的分析方法。
技术介绍
页岩储层超低孔渗特征，决定了压裂改造要获得高产工业气流，必须形成不同于常规储层的复杂裂缝，最大程度增加裂缝改造体积与复杂程度，最终达到单井产能最优化。其压裂过程中的破裂模式不再是常规压裂形成的单一的双翼缝系统，裂缝系统的延伸规律变得更为复杂，但目前对于压裂形态的判断仍基于常规储层形成双翼缝的典型图版，导致形成复杂裂缝的延伸规律及影响因素不够明确，复杂缝网扩展形态无法进行正确判断，压裂效果和质量也不能得到有效保证，给水力压裂设计及压后评估都带来一定难度。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足提供一种提高压裂质量和效果的页岩压裂过程中复杂裂缝扩展影响因素的分析方法。本专利技术所采用的技术方案为：一种页岩压裂过程中复杂裂缝扩展影响因素的分析方法，其特征在于：包括如下步骤：1)开展目标储层地质特征分析，对其构造特征、储层物性、天然裂缝分布、岩石力学参数和地应力进行系统的认识评价，为理论研究和评价提供相应的基础参数；2)建立裂缝不同扩展模式下的动态扩展数学模型，提出相应的求解方法，对不同扩展模式的净压力进行计算，并对不同扩展模式下的裂缝参数进行反演计算；3)基于页岩压裂过程中存在层理缝延伸、天然裂缝滤失、缝网分支裂缝延伸、裂缝延伸受阻、近井筒效应这些影响因素，对上述影响因素的扩展力学行为进行研究和分析，并对其数学表征方法进行推导，得出各种影响因素的井底压力的计算方法及裂缝参数的计算方法；4)对影响页岩裂缝动态扩展的各种因素下裂缝延伸规律、对应的压力响应特征进行研究，包括裂缝延伸模式、层理缝延伸、天然裂缝滤失、缝网分支裂缝延伸、裂缝延伸受阻、近井筒效应这些因素，明确不同施工压力响应下裂缝动态扩展规律与主控因素。按上述技术方案，步骤2)：基于储层的应力条件和层理发育状况，页岩地层存在水力裂缝垂直延伸和水平延伸两种扩展模式，基于这两种裂缝扩展模式下的流体流动方程和平面应变方程，推导得到了垂直延伸裂缝和水平延伸裂缝的扩展模型，并对两种扩展模式的理论净压力进行计算，得到不同扩展模式下的裂缝参数反演计算方程。按上述技术方案，基于步骤2)中：基于裂缝延伸模型的理论净压力计算，根据实际施工数据，对井底实际施工压力进行计算，为施工地面压力拟合提供实际井底净压力，主要包括三个方面，即井筒流动模型、井筒摩阻系数计算和裂缝闭合压力的获取，其中井筒流动模型包括连续性方程、流体压降方程、状态方程。按上述技术方案，步骤(3)中：基于层理缝延伸影响裂缝扩展的力学行为分析方法为：垂直的水力裂缝与页岩水平层理相交与延伸的行为包括两方面，即水平层理激活条件与水平层理缝被激活后的动态扩展过程；其中，水平层理激活条件的研究主要涉及其发生破坏的力学准则，即其激活需要满足的力学条件；水平层理缝动态扩展阶段的研究主要包括其延伸动态行为的数学模型，延伸动态行为的数学模型包括层理演化扩展下井底压力与时间的数学模型及，水力裂缝长度、开度的数学模型。按上述技术方案，沿层理动态扩展的数学描述为：当存在层理缝扩展时，通过现场测得的真实井底压力，算出对应的水力裂缝长度、开度及对应的裂缝体积；根据注入压裂总液体的质量守恒原则，将压裂液视为不可压缩液体，算出进入层理缝的液体体积；再根据水平层理扩展力学条件，得到层理缝长度，计算作用在层理缝口处的净压力及该点处层理缝沿缝长方向开度和层理缝平均开度。按上述技术方案，水力裂缝延伸过程中与相交层理缝后的动态扩展规律为：在水力裂缝延伸过程中与相交层理缝后，井底施工净压力基本为常数，斜率为零。按上述技术方案，步骤(3)中基于天然裂缝滤失影响裂缝扩展的力学行为分析方法为：水力裂缝与天然裂缝相交，若相交点处水力裂缝内较高的净压力使得天然裂缝发生破坏，部分压裂液将沿着天然裂缝滤失，滤失时的动态扩展数学描述过程为：当存在天然裂缝发生破坏时，通过现场测得真实井底压力，计算出水力裂缝长度和开度及对应的裂缝体积；根据压裂过程注入总压裂液体积质量守恒原则，将压裂液视为不可压缩液体，计算进入天然裂缝的液体体积；再计算天然裂缝缝口内压力、天然裂缝在主裂缝相交点的压力、作用在天然裂缝面的净压力及该点处天然裂缝缝口最大开度及天然裂缝缝口平均开度、天然裂缝沿缝长方向的净压力计算天然裂缝沿其长度的开度及平均开度，从而求得天然裂缝发生滤失的位置和滤失的压裂液体积量。按上述技术方案，水力裂缝延伸过程中与天然裂缝相交后的动态扩展规律为：在水力裂缝延伸过程中相交天然裂缝发生滤失后，井底施工净压力发生了下降。按上述技术方案，步骤(3)中基于缝网分支裂缝延伸影响裂缝扩展的力学行为分析方法为：页岩水力压裂过程中出现分支裂缝延伸时，各条分支缝在相距较近的条件下平行延伸，裂缝间出现相互应力干扰，产生附加诱导应力，基于弹性力学理论模型，利用位移不连续方法计算由水力裂缝产生的诱导应力场，求得在缝网扩展模式下，多裂缝影响的分支裂缝宽度的表达式及根据压裂施工实际净压力与等效水力裂缝净压力之间的差值计算分支裂缝条数。按上述技术方案，步骤(3)中，裂缝延伸受阻的分析方法为：根据裂缝开度方程，可以通过井底净压力计算出砂堵后的裂缝开度，若已知压裂时的泵注流量，则由体积守恒原理，可以推断出发生砂堵后，计算扩张砂堵前段裂缝开度的压裂液体积，已知砂堵裂缝开度和扩张砂堵前段裂缝开度的压裂液体积，利用裂缝体积公式即可求得砂堵裂缝长度，进而确定砂堵点坐标位置及压力上升率。按上述技术方案，近井筒效应的分析方法为：根据射孔孔眼摩阻和多裂缝起裂摩阻计算近井筒效应总摩阻。本专利技术所取得的有益效果为：本专利技术能清楚掌握裂缝动态扩展行为，实现对页岩气田不同典型施工曲线的诊断分析，有利于尽早识别出各类压裂变化事件，提前判断裂缝形态走势和施工异常点，及时调整压裂优化设计，避免无效改造，降低措施成本，从而提高压裂质量和效果。附图说明图1为垂直裂缝延伸形态示意图。图2为水平裂缝延伸形态示意图。图3为水力裂缝与页岩层理的相交与延伸示意图。图4为水力裂缝与页岩层理相交扩展示意图。图5为水力裂缝与天然裂缝相交滤失示意图。图6为分支裂缝演化的计算示意图。图7为分支裂缝演化的计算示意图。图8为砂堵条件下裂缝扩展示意图。图9为近井筒射孔孔眼多裂缝起裂后的延伸演化示意图图10为近井筒射孔孔眼多裂缝起裂的摩阻分解示意图。图11a和11b分别为垂直裂缝扩展模式下井底压力随时间变化曲线和在双对数坐标系中，施工压力与时间的变化曲线。图12a和12b分别为垂直裂缝扩展模式下裂缝长度和宽度随时间变化曲线。图13a和13b分别为水平裂缝扩展模式下井底压力随时间变化曲线和在双对数坐标系中，施工压力与时间的变化曲线。图14a和14b分别为水平裂缝扩展模式下裂缝半径、宽度随时间变化曲线。图15a和15b分别为层理演化扩展下井底压力随时间变化曲线和在双对数坐标系中，施工压力与时间的变化曲线。图16a和16b分别为层理演化扩展下水力裂缝长度、开度随时间变化曲线。图17a和17b分别为天然裂缝滤失时井底压力随时间变化曲线和在双对数坐标系中，施工压力与时间的变化曲线。图18a和18b分别为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种页岩压裂过程中复杂裂缝扩展影响因素的分析方法，其特征在于：包括如下步骤：1)开展目标储层地质特征分析，对其构造特征、储层物性、天然裂缝分布、岩石力学参数和地应力进行系统的认识评价，为理论研究和评价提供相应的基础参数；2)建立裂缝不同扩展模式下的动态扩展数学模型，提出相应的求解方法，对不同扩展模式的净压力进行计算，并对不同扩展模式下的裂缝参数进行反演计算；3)基于页岩压裂过程中存在层理缝延伸、天然裂缝滤失、缝网分支裂缝延伸、裂缝延伸受阻、近井筒效应这些影响因素，对上述影响因素的扩展力学行为进行研究和分析，并对其数学表征方法进行推导，得出各种影响因素的井底压力的计算方法及裂缝的计算方法；4)对影响页岩裂缝动态扩展的各种因素下裂缝延伸规律、对应的压力响应特征进行研究，包括裂缝延伸模式、层理缝延伸、天然裂缝滤失、缝网分支裂缝延伸、裂缝延伸受阻、近井筒效应这些因素，明确不同施工压力响应下裂缝动态扩展规律与主控因素。

【技术特征摘要】
1.一种页岩压裂过程中复杂裂缝扩展影响因素的分析方法，其特征在于：包括如下步骤：1)开展目标储层地质特征分析，对其构造特征、储层物性、天然裂缝分布、岩石力学参数和地应力进行系统的认识评价，为理论研究和评价提供相应的基础参数；2)建立裂缝不同扩展模式下的动态扩展数学模型，提出相应的求解方法，对不同扩展模式的净压力进行计算，并对不同扩展模式下的裂缝参数进行反演计算；3)基于页岩压裂过程中存在层理缝延伸、天然裂缝滤失、缝网分支裂缝延伸、裂缝延伸受阻、近井筒效应这些影响因素，对上述影响因素的扩展力学行为进行研究和分析，并对其数学表征方法进行推导，得出各种影响因素的井底压力的计算方法及裂缝的计算方法；4)对影响页岩裂缝动态扩展的各种因素下裂缝延伸规律、对应的压力响应特征进行研究，包括裂缝延伸模式、层理缝延伸、天然裂缝滤失、缝网分支裂缝延伸、裂缝延伸受阻、近井筒效应这些因素，明确不同施工压力响应下裂缝动态扩展规律与主控因素。2.根据权利要求1所述的页岩压裂过程中复杂裂缝扩展影响因素的分析方法，其特征在于：步骤2)：基于储层的应力条件和层理发育状况，页岩地层存在水力裂缝垂直延伸和水平延伸两种扩展模式，基于这两种裂缝扩展模式下的流体流动方程和平面应变方程，推导得到了垂直延伸裂缝和水平延伸裂缝的扩展模型，并对两种扩展模式的理论净压力进行计算，得到不同扩展模式下的裂缝参数反演计算方程。3.根据权利要求2所述的页岩压裂过程中复杂裂缝扩展影响因素的分析方法，其特征在于：基于步骤2)中：基于裂缝延伸模型的理论净压力计算，根据实际施工数据，对井底实际施工压力进行计算，为施工地面压力拟合提供实际井底净压力，主要包括三个方面，即井筒流动模型、井筒摩阻系数计算和裂缝闭合压力的获取，其中井筒流动模型包括连续性方程、流体压降方程、状态方程。4.根据权利要求1所述的页岩压裂过程中复杂裂缝扩展影响因素的分析方法，其特征在于：步骤(3)中：基于层理缝延伸影响裂缝扩展的力学行为分析方法为：垂直的水力裂缝与页岩水平层理相交与延伸的行为包括两方面，即水平层理激活条件与水平层理缝被激活后的动态扩展过程；其中，水平层理激活条件的研究主要涉及其发生破坏的力学准则，即其激活需要满足的力学条件；水平层理缝动态扩展阶段的研究主要包括其延伸动态行为的数学模型，延伸动态行为的数学模型包括层理演化扩展下井底压力与时间的数学模型及，水力裂缝长度、开度的数学模型。5.根据权利要求4所述的页岩压裂过程中复杂裂缝扩展影响因素的分析方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱志芳，陈建达，杨溢，张辉，刘湘，肖佳林，黄晓凯，李奎东，王小军，王升，刘炜，熊力坤，刘龙，王炯，易招波，胡韵，王倩雯，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司江汉油田分公司石油工程技术研究院，
类型：发明
国别省市：湖北,42