一种针对天然裂缝发育储层水力压裂形成复杂缝网的排量优化方法技术

本发明专利技术公开了一种针对天然裂缝发育储层水力压裂形成复杂缝网的排量优化方法，根据岩石力学实验结果得到储层的应力参数和地质物性参数；根据储层发生破裂时，井底压裂液注入压力确定地层的破裂压力；根据岩心分析测试测得天然裂缝地层倾角求得破裂压力；根据孔隙流体的压力作用确定井周天然裂缝优先张开起裂的张开起裂压力；根据套管中流体在进入孔眼过程中所产生的阻力计算射孔摩阻损失；根据射孔设计参数确定射孔通道中的摩阻损失；然后确定压裂液高速流体作用在裂缝前端截面时产生的冲击力；最后得到压裂施工排量参数。本发明专利技术通过针对不同储层不同排量的选择可以对天然裂缝发育的储层进行有效改造，形成复杂缝网，改善增产改造效果。

A discharge optimization method for complex fracture network formed by hydraulic fracturing in natural fracture developed reservoir

【技术实现步骤摘要】
一种针对天然裂缝发育储层水力压裂形成复杂缝网的排量优化方法
本专利技术属于石油工程
，特别涉及一种针对天然裂缝发育储层水力压裂形成复杂缝网的排量优化方法。
技术介绍
水力压裂技术是油气藏增产改造的重要措施。而体积压裂是针对天然裂缝发育井的新型压裂改造技术。其原理是通过水力液压作用，使具有天然裂缝的地层破裂和延伸形成三维扩展的复杂裂缝，通过压裂液的压力传递作用，在单一裂缝脆弱面上产生诱导应力以改变最大与最小主应力分布，裂缝发生转向，与天然裂缝沟通形成网状裂缝结构，最终实现裂缝有效改造体积和改造效果的最大化，进而实现经济有效开发。对天然裂缝发育的储层进行水力压裂的关键在于形成复杂缝网的储层改造空间，对于天然裂缝发育的储层，若要达到形成复杂裂缝网络的效果，对于施工排量的大小有着更高的要求，因为只有达到一定压力的施工排量才能在单一裂缝脆弱面上产生诱导应力以改变最大与最小主应力分布，裂缝发生转向，与天然裂缝沟通形成网状裂缝结构，因此，有必要根据不同储层的岩石特性进行优化，得到压裂施工过程中相关施工参数，得到最优的施工排量，以达到沟通天然裂缝形成复杂缝网，提高油气增产改造的目的。目前，国内外优化水力压裂施工参数的设计方法有很多，但是针对天然裂缝发育储层压后形成复杂裂缝网络的层段，从施工排量的角度优化设计水力压裂施工参数的理论还很少，无法满足当前现场施工设计需求，在压裂过程中无法有效打开储层岩石本体，对于天然裂缝沟通效率低，对油气藏增产改造效果差。
技术实现思路
为了克服现有技术中的不足之处，本专利技术提出一种针对天然裂缝发育储层水力压裂形成复杂缝网的排量优化方法，根据该方法获得的压裂施工参数，可以提高支撑剂铺置效率，改善增产改造效果。本专利技术解决上述技术问题所提供的技术方案是：一种针对天然裂缝发育储层水力压裂形成复杂缝网的排量优化方法，包括以下步骤：步骤S10、选取合适的岩心，作为实验试件，对其进行室内测试，设计好力学参数后，进行包括渗透、压裂的实验，根据岩石力学实验结果，采集得到储层的应力参数和地质物性参数，所述参数具体包括最大水平主应力σ1，最小水平主应力σ2，地层孔隙压力pp，孔隙度φ，泊松比ν，Boit系数δ，岩石三轴力学测试时破坏最大拉力P，天然裂缝地层倾角β；步骤S20、根据从步骤S10中所采集到的储层发生破裂时井底压裂液注入压力，确定地层的破裂压力；步骤S30、根据从步骤S10中以及前期从其他同区域采集的岩心分析测试测得天然裂缝地层倾角，求得天然裂缝剪切起裂所需的破裂压力，在计算过程中也会得到孔隙流体的压力；步骤S40、根据从步骤S30得到的孔隙流体的压力作用确定井周天然裂缝优先张开起裂的张开起裂压力；步骤S50、根据步骤S9所设计的射孔数及射孔参数确定射孔通道中的摩阻损失；步骤S60、利用S50所得到的射孔通道中的摩阻损失，并根据动量定理反应的力对时间的累计效应确定压裂液高速流体作用在裂缝前端截面时产生的冲击力；步骤S70、最后根据S60得到的不同压裂液液体流速所产生的冲击力同S20和S30求得的地层的破裂压力和天然裂缝剪切起裂所需的破裂压力进行对比，得到可以使地层破裂及天然裂缝起裂的冲击力，以此得到的压裂液液体流速即为适合的施工排量，并通过上述得到的压裂施工排量参数进行施工。进一步的技术方案是，所述步骤S20中具体确定过程为：对于井壁岩石本体起裂。当储层岩石发生破裂时，井底压裂液注入压力即为地层的破裂压力。破裂压力Pt1，应力系数η，触点孔隙度φc，φc＝φ+δ(1-φ)；抗张强度St，式中：Pt1为破裂压力，MPa；η为应力系数，无量纲；φc为触点孔隙度，％；St为抗张强度，MPa；σ1为最大水平主应力，MPa；σ2为最小水平主应力，MPa；pp为地层孔隙压力，MPa；φ为孔隙度，％；ν为泊松比，无量纲；δ为Boit系数，无量纲；P为试件破坏时最大拉力，N；D为圆柱试件的直径，cm；L为圆柱试件长度，cm。进一步的技术方案是，所述步骤S30中的确定过程为：如图1结构弱面二维受力分析所示。结构弱面上的正应力与剪应力分别为：式中：σ1为最大主应力，MPa；σ2为最小主应力，MPa；β为弱面的外法线方向与最大主应力方向夹角，°。岩石裂缝中的弱面满足库仑剪切强度理论，其强度表达式为：τf＝c+σtanα式中：τf为裂缝面的抗剪强度，MPa；c为弱面内聚力，MPa；α为弱面内摩擦角，°。弱面的摩擦系数：μ＝tanα式中：μ为弱面的摩擦系数。无因次。通过上式整理得到岩石裂缝沿弱面产生剪切破坏的临界条件为：通过分析求得含弱面岩体最小强度值对应的倾角：代入上式得到最小弱面剪切破坏强度公式：进一步的技术方案是，所述步骤S40中的计算公式如下：天然裂缝储层在水力压裂施工时，还存在一种起裂方式就是井周围天然裂缝优先张开起裂，考虑孔隙流体的压力作用，在此情况发生张开起裂的条件是：Pt3＝σn-αPp式中：σn为天然裂缝面法相应力，MPa；pp为地层孔隙压力，MPa；α为弱面内摩擦角，°。进一步的技术方案是，所述步骤S50中的计算公式如下：利用射孔数、射孔参数及前期得到的压裂液注入流量Q计算不同注入排量的孔眼流速为：式中：υ为流速，m/s；A为孔眼总面积，m2；高速流体经过孔径圆筒形通道时会产生阻力损失，因为采用的压裂液为非牛顿流体，因此需要借助经验公式进行计算，通常采用幂率流体紊流摩阻系数Blasius型经验公式：式中：f为紊流摩阻系数，无量纲；Re为雷诺数，无量纲；a、b为幂率流体指数，与流变指数n的拟合关系式为：a＝0.0665+0.01175n、b＝0.365-0.1775n+0.0625n2计算推导出的摩阻力为：式中：f2为射孔通道中的摩阻力，N；t为时间，s。进一步的技术方案是，所述步骤S60中的计算公式如下：高速流体作用在前端截面时会产生极大的冲击力，此冲击力的大小可以认为是液体对岩石的破坏性。连续喷射作用在物体上的冲击力为：得到作用在前端截面(前端截面是压裂液穿过岩石本体后与天然裂缝接触的截面)上的冲击力为：式中：pc为冲击力，MPa；F为瞬时冲击力，N；A为孔眼总面积，m2。具体来说，pc为压裂液进入地层后形成的主裂缝与天然裂缝接触面所形成的冲击力，F是储层岩石本体受到的冲击力。本专利技术具有以下有益效果：1、通过计算岩石本体与天然裂缝不同破裂形态所需要的力，得到改造形成复杂缝网所需要的最小及最优施工压力；通过对射孔孔道中液体阻力的计算得到高速流体作用在地层裂缝前端截面时产生的冲击力；克服现有技术的盲区，提供了新的精确计算的方案。2、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种针对天然裂缝发育储层水力压裂形成复杂缝网的排量优化方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤S10、选取合适的岩心，作为实验试件，对其进行室内测试，设计好力学参数后，进行包括渗透、压裂的实验，根据岩石力学实验结果，采集得到储层的应力参数和地质物性参数，所述参数具体包括最大水平主应力σ

【技术特征摘要】
1.一种针对天然裂缝发育储层水力压裂形成复杂缝网的排量优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S10、选取合适的岩心，作为实验试件，对其进行室内测试，设计好力学参数后，进行包括渗透、压裂的实验，根据岩石力学实验结果，采集得到储层的应力参数和地质物性参数，所述参数具体包括最大水平主应力σ1，最小水平主应力σ2，地层孔隙压力pp，孔隙度φ，泊松比ν，Boit系数δ，岩石三轴力学测试时破坏最大拉力P，天然裂缝地层倾角β；
步骤S20、根据从步骤S10中所采集到的储层发生破裂时井底压裂液注入压力，确定地层的破裂压力；
步骤S30、根据从步骤S10中以及前期从其他同区域采集的岩心分析测试测得天然裂缝地层倾角，求得天然裂缝剪切起裂所需的破裂压力，在计算过程中也会得到孔隙流体的压力；
步骤S40、根据从步骤S30得到的孔隙流体的压力作用确定井周天然裂缝优先张开起裂的张开起裂压力；
步骤S50、根据步骤设计的射孔数及射孔参数确定射孔通道中的摩阻损失；
步骤S60、利用S50所得到的射孔通道中的摩阻损失，并根据动量定理反应的力对时间的累计效应确定压裂液高速流体作用在裂缝前端截面时产生的冲击力；
步骤S70、最后根据S60得到的不同压裂液液体流速所产生的冲击力同S20和S30求得的地层的破裂压力和天然裂缝剪切起裂所需的破裂压力进行对比，得到可以使地层破裂及天然裂缝起裂的冲击力，以此得到的压裂液液体流速即为适合的施工排量，并通过上述得到的压裂施工排量参数进行施工。


2.根据权利要求1所述的一种针对天然裂缝发育储层水力压裂形成复杂缝网的排量优化方法，其特征在于，所述步骤S20中具体确定地层的破裂压力过程为：
对于井壁岩石本体起裂，当储层岩石发生破裂时，井底压裂液注入压力即为地层的破裂压力：
破裂压力Pt1，
应力系数η，
触点孔隙度φc，φc＝φ+δ(1-φ)；
抗张强度St，
式中：
Pt1为破裂压力，MPa；
η为应力系数，无量纲；
φc为触点孔隙度，％；
St为抗张强度，MPa；
σ1为最大水平主应力，MPa；
σ2为最小水平主应力，MPa；
pp为地层孔隙压力，MPa；
φ为孔隙度，％；
ν为泊松比，无量纲；
δ为Boit系数，无量纲；
P为试件破坏时最大拉力，N；
D为圆柱试件的直径，m；
L为圆柱试件长度，m。


3.根据权利要求2所述的一种针对天然裂缝发育储层水力压裂形成复杂缝网的排量优化方法，其特征在于，所述步骤S30中的确定过程为：
结构弱面上的正应力与剪应力分别为：






式中：
σ1为最大主应力，MPa；
σ2为最小主应力，MPa；
β为弱面的外法线方向与最大主应力方向夹角，°；
岩石裂缝中的弱面满足库仑剪切强度理论，其强度表达式为：
τf＝c+σta...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢聪，郭建春，李欣阳，孟宪波，杜振京，刘彦辉，周广清，马莅，罗扬，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：四川;51