一种考虑页岩软化作用预测支撑剂嵌入深度的计算方法技术

本发明专利技术涉及一种考虑页岩软化作用预测支撑剂嵌入深度的计算方法，包括将目标区块页岩制成若干个标准岩心；对不同的标准岩心分别进行不同浸泡时间下的端面自吸实验，得到自吸深度—浸泡时间曲线；将不同浸泡时间下的标准岩心烘干后分别针对表面进行纳米压痕实验，得到岩心表面的杨氏模量—浸泡时间曲线；通过有限元方法建立含软化层的支撑剂嵌入模型；进行数值模拟得到嵌入量—浸泡时间曲线：得到考虑软化作用下支撑剂嵌入量计算公式。本发明专利技术的数值模型考虑的假设条件更加贴近实际，模拟预测的不同软化条件下的裂缝宽度值与实测值具有较高的拟合性，且同时具有较强的流程性，能够对实际页岩储层水力压裂后裂缝宽度进行准确且高效地预测。高效地预测。高效地预测。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑页岩软化作用预测支撑剂嵌入深度的计算方法


[0001]本专利技术涉及一种考虑页岩软化作用预测支撑剂嵌入深度的计算方法，属于石油与天然气开发


技术介绍

[0002]页岩气已逐渐成为全球非常规天然气勘探开发的热点，但页岩储层的孔渗等物性较差，需要通过水力压裂来获取工业产量。同时，水力压裂注入地层的压裂液在施工完后却难以返排出地层，大量滞留的压裂液将长时间与地层岩石接触，在地层高温高压的作用下页岩裂缝表面发生力学性质的软化，从而加剧水力裂缝中支撑剂的嵌入，因此有必要对页岩软化作用下支撑剂嵌入深度的计算方法开展研究分析，这对于水力压裂形成的裂缝宽度优化具有重要意义。
[0003]国内外学者对于支撑剂嵌入主要建立了两类模型，即经验模型和理论模型。经验模型是通过开展支撑缝宽测试试验来研究地层情况下支撑剂嵌入裂缝的过程，再基于实验数据与统计理论得出经验模型；理论模型包括解析模型和数值模型，解析模型是将支撑剂嵌入岩体的过程可描述为接触力学问题，基于嵌入的物理过程建立合适尺寸的物理模型，采用胡克定律、Hertz接触理论为基础来进行计算；随着数值分析软件的发展，目前学者们采用有限元、离散元等软件以及在软件上进行二次开发来进行数值计算，并准确计算出三维实体模型任意时刻、任意节点的应力情况，同时也能够直接观测到接触面的变形规律。但是现有的数值模型都是忽略地层流体的影响进行模拟，而目前页岩气井水力压裂施工都是将上千方压裂液注入地层，如能建立考虑页岩软化作用预测支撑剂嵌入深度的计算方法，将对页岩气井水力压裂产生的人工裂缝宽度研究起到推进作用。

技术实现思路

[0004]本专利技术主要是克服现有技术中的不足之处，提出一种考虑页岩软化作用预测支撑剂嵌入深度的计算方法。
[0005]本专利技术解决上述技术问题所提供的技术方案是：一种考虑页岩软化作用预测支撑剂嵌入深度的计算方法，包括以下步骤：步骤S1、将目标区块页岩制成若干个标准岩心；步骤S2、对不同的标准岩心分别进行不同浸泡时间下的端面自吸实验，并利用自吸作用下的修正LW模型，得到自吸深度—浸泡时间曲线；步骤S3、将不同浸泡时间下的标准岩心烘干后分别针对表面进行纳米压痕实验，得到岩心表面的杨氏模量—浸泡时间曲线；步骤S4、通过有限元方法建立支撑剂嵌入岩板的三维模型，其中将三维模型中岩板划分为未软化层和软化层，所述未软化层的杨氏模量设定为为标准岩心的杨氏模量；所述软化层的厚度根据自吸深度—浸泡时间曲线设定，所述软化层的杨氏模量根据杨氏模量—浸泡时间曲线设定，最后得到含软化层的支撑剂嵌入模型；
步骤S5、根据设定好参数的含软化层的支撑剂嵌入模型进行数值模拟得到嵌入量—浸泡时间曲线；步骤S6、基于嵌入量—浸泡时间曲线对支撑剂嵌入岩体的等效杨氏模量进行修正，得到考虑软化作用下支撑剂嵌入量计算公式；式中：w为支撑剂嵌入量，mm；a0和a1为修正因子，其值分别为0.0646和18.2，无量纲；R为支撑剂粒径，mm；P为地层应力，MPa；E1为支撑剂杨氏模量，MPa；v1为支撑剂泊松比，无量纲；v2为岩板泊松比，无量纲；H为岩板厚度，mm；t为浸泡时间，d；E
t
为等效杨氏模量，MPa；E0为标准岩心的杨氏模量，MPa；a、b均为拟合系数。
[0006]进一步的技术方案是，所述步骤S2中自吸作用下的修正LW关系式为：式中：h(t)为自吸距离，m；t为浸泡时间，s；r为等效毛细管半径，m；γ为流体界面张力，N/m ；δ为孔隙形状因子，无量纲；θ为润湿角，
°
；τ为孔隙迂曲度，无量纲；μ为流体粘度，Pa
·
s。
[0007]进一步的技术方案是，所述步骤S4中未软化层和软化层的厚度之和等于岩板的总厚度。
[0008]进一步的技术方案是，所述步骤S5中数值模拟的过程为：根据不同的浸泡时间，分别设定含软化层的支撑剂嵌入模型的模拟参数；再利用应力相互作用，对三维模型的上岩板施加闭合应力，并将三维模型的下岩板完全固定，以模拟地层裂缝闭合过程，模型稳定后，输出上下岩板的平均嵌入量，得到不同浸泡时间下支撑剂的嵌入量—浸泡时间曲线。
[0009]进一步的技术方案是，所述步骤S6中基于嵌入量—浸泡时间曲线对支撑剂嵌入岩体的等效杨氏模量进行修正的具体过程为：（1）根据数值模拟获取的嵌入量—浸泡时间曲线获取浸泡t1时刻下的嵌入量，将嵌入量带入支撑剂嵌入岩体的嵌入量计算式，反解得到浸泡t1时刻下的等效杨氏模量E
t1
，如此反复得到浸泡t2时刻下的等效杨氏模量E
t2
、浸泡t3时刻下的等效杨氏模量E
t3
……
浸泡t
n
时刻下的等效杨氏模量E
tn
；（2）然后根据不同浸泡时间下对应的等效杨氏模量数据，回归得到软化后岩板的等效杨氏模量。
[0010]进一步的技术方案是，所述支撑剂嵌入岩体的嵌入量计算式为：
式中：w为支撑剂嵌入量，mm；a0和a1为修正因子，其值分别为0.0646和18.2，无量纲；R为支撑剂粒径，mm；P为地层应力，MPa；E1为支撑剂杨氏模量，MPa；E2为岩板杨氏模量，GPa；v1为支撑剂泊松比，无量纲；v2为岩板泊松比，无量纲；H为岩板厚度，mm。
[0011]本专利技术具有以下有益效果：本专利技术的数值模型考虑的假设条件更加贴近实际，模拟预测的不同软化条件下的裂缝宽度值与实测值具有较高的拟合性，且同时具有较强的流程性，能够对实际页岩储层水力压裂后裂缝宽度进行准确且高效地预测。
附图说明
[0012]图1为建立的含软化层的岩板模型示意图；图2为含软化层的支撑剂嵌入模型示意图；图3为软化深度和浸泡时间关系曲线图；图4为杨氏模量和浸泡时间关系曲线图；图5为不同闭合应力下数值模型支撑剂嵌入深度和浸泡时间关系曲线图。
具体实施方式
[0013]下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0014]本专利技术的一种考虑页岩软化作用预测支撑剂嵌入深度的计算方法，包括以下步骤：步骤S1、将目标区块页岩制成若干个标准岩心；步骤S2、对不同的标准岩心分别进行不同浸泡时间下的端面自吸实验，并利用自吸作用下的修正LW模型，得到自吸深度—浸泡时间曲线；其中自吸作用下的修正LW关系式为：式中：h(t)为自吸距离，m；t为浸泡时间，s；r为等效毛细管半径，m；γ为流体界面张力，N/m ；δ为孔隙形状因子，无量纲；θ为润湿角，
°
；τ为孔隙迂曲度，无量纲；μ为流体粘度，Pa
·
s；步骤S3、将不同浸泡时间下的标准岩心烘干后分别针对表面进行纳米压痕实验，得到岩心表面的杨氏模量—浸泡时间曲线；步骤S4、通过有限元方法建立支撑剂嵌入岩板的三维模型，并设有如下假设：(1)支撑剂在闭合应力下会嵌本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑页岩软化作用预测支撑剂嵌入深度的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1、将目标区块页岩制成若干个标准岩心；步骤S2、对不同的标准岩心分别进行不同浸泡时间下的端面自吸实验，并利用自吸作用下的修正LW模型，得到自吸深度—浸泡时间曲线；步骤S3、将不同浸泡时间下的标准岩心烘干后分别针对表面进行纳米压痕实验，得到岩心表面的杨氏模量—浸泡时间曲线；步骤S4、通过有限元方法建立支撑剂嵌入岩板的三维模型，其中将三维模型中岩板划分为未软化层和软化层，所述未软化层的杨氏模量设定为为标准岩心的杨氏模量；所述软化层的厚度根据自吸深度—浸泡时间曲线设定，所述软化层的杨氏模量根据杨氏模量—浸泡时间曲线设定，最后得到含软化层的支撑剂嵌入模型；步骤S5、根据设定好参数的含软化层的支撑剂嵌入模型进行数值模拟得到嵌入量—浸泡时间曲线；步骤S6、基于嵌入量—浸泡时间曲线对支撑剂嵌入岩体的等效杨氏模量进行修正，得到考虑软化作用下支撑剂嵌入量计算公式；式中：w为支撑剂嵌入量，mm；a0和a1为修正因子，其值分别为0.0646和18.2，无量纲；R为支撑剂粒径，mm；P为地层应力，MPa；E1为支撑剂杨氏模量，MPa；v1为支撑剂泊松比，无量纲；v2为岩板泊松比，无量纲；H为岩板厚度，mm；t为浸泡时间，d；E
t
为等效杨氏模量，MPa；E0为标准岩心的杨氏模量，MPa；a、b均为拟合系数。2.根据权利要求1所述的一种考虑页岩软化作用预测支撑剂嵌入深度的计算方法，其特征在于，所述步骤S2中自吸作用下的修正LW关系式为：式中：h(t)为自吸距离，m；t为浸泡时间，s；r为等效毛细管半径，m；γ为流体界面张力，N/m ；δ为孔隙形状因子，无量纲；θ为润湿角，
°
；τ为孔隙迂曲度，无量纲；μ为流体粘度，Pa
·
s。3.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢聪，刘嘉兴，王锦，郭建春，周广清，王建东，刘彦辉，王小山，单昕，孟宪波，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：