一种砾岩压裂裂缝偏转与裂缝复杂度预测方法技术

本发明专利技术公开了一种砾岩压裂裂缝偏转与裂缝复杂度预测方法。本发明专利技术通过对砾岩压裂过程中的裂缝动态过程，建立等效力学模型，并使用砾岩空间形态分布、砾岩及胶结力学性质、水平应力、样品表面应力以及注入流量、注入流体流速等参数对模型进行限定，使裂缝动态过程能够在等效力学模型中进行复现；通过对裂缝动态扩展过程中的关键帧和关键帧目标区的提取，统计裂缝偏转夹角，进一步统计裂缝偏转夹角的概率分布频谱；进一步在数字孪生体中，改变注入流量、砾石分布、砾石种类、水平应力大小等参数，即可多次、大量、重复地进行砾岩裂缝扩展的动态过程，得到不同条件下的f2(θ)，进一步通过映射关系得到f1(θ)，得到预测的裂缝偏转夹角的概率分布频谱。的概率分布频谱。

【技术实现步骤摘要】
一种砾岩压裂裂缝偏转与裂缝复杂度预测方法


[0001]本专利技术涉及一种砾岩压裂裂缝偏转与裂缝复杂度预测方法，属于油气田开发领域。

技术介绍

[0002]致密砾岩渗透率较低，在现场开发过程中需要进行大规模压裂。压裂过程中，裂缝在砾岩中的形成和扩展机理是重要的工程和科学问题。而砾岩非均质性强，应力状态复杂。不但含有大量不同大小、种类、形状的砾石，砾石之间胶结的力学性质和砾石的差异大，而且应力状态受复杂，导致裂缝在砾岩中的扩展过程复杂。通常认为，砾岩对裂缝扩展的影响主要集中在三个方面：(1)砾石粒径越大，圆度越差，砾石周边越容易碎裂，产生次生裂缝。(2)裂缝遇到砾石后，会根据物理和地应力状态不同，产生止裂，绕砾以及吸附等多种扩展模式。(3)由于砾石导致裂缝延伸过程中曲折和偏转，支撑剂不易运移，引起砂堵。
[0003]在致密砾岩地层进行压裂设计时，需要对裂缝扩展过程以及最终缝网结构进行预测。而砾岩具有强非均质性，其裂缝扩展路径的预测较为困难。目前主要有两种方法。一是离散元，二是实验。离散元往往将砾岩的颗粒等效为规则图形，在图形边缘加上胶结进行计算，这种算法过于简化，且运算量巨大，大规模计算效率低。而实验过程中由于存在样品并不够大，未达到表征单元体，代表性不强，且压裂实验样品损耗大等问题，现场应用难。
[0004]此外，由于砾岩颗粒大，应力分布不均，传统均质力学模型不能表征砾岩的裂缝扩展规律。而且砾岩岩板实验为破坏性实验，做完实验后岩板便破裂，无法对同一块岩板进行多次实验，需要针对砾岩裂缝扩展构建一种等效力学模型，对岩板上的裂缝扩展规律进行复现。
[0005]因此，需要提供一种新的砾岩压裂裂缝偏转与裂缝复杂度预测方法。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种砾岩压裂裂缝偏转与裂缝复杂度预测方法，实现对砾岩压裂裂缝偏转角分布频谱计算以及对裂缝复杂度的预测。
[0007]本专利技术预测方法在砾岩压裂裂缝扩展监测装置上进行，所述砾岩压裂裂缝扩展监测装置的结构如下：
[0008]包括围压系统、数据处理系统和恒温箱与CT成像系统；
[0009]所述围压系统用于放置待测的砾岩岩板；
[0010]所述围压系统设于所述恒温箱与CT成像系统内，所述恒温箱与CT成像系统对所述砾岩岩板被压裂的动态过程进行CT成像，并保持恒定温度；
[0011]所述围压系统的底部依次与设于所述恒温箱与CT成像系统外的注入腔、示踪粒子腔和压裂液腔连接；
[0012]所述数据处理系统控制所述围压系统和所述恒温箱与CT成像系统。
[0013]优选地，所述围压腔的顶部和底部为透明耐压玻璃。
[0014]优选地，所述围压系统的上方设有高速相机，用于对所述砾岩岩板被压裂的动态过程进行拍摄并将图像传输至所述数据处理系统。
[0015]优选地，所述围压系统的底部设有背光源，，能够照亮裂缝内的液体空间。
[0016]优选地，所述围压系统与围压控制系统连接，以控制所述围压系统向所述砾岩岩板施加围压。
[0017]优选地，所述恒温箱与CT成像系统内设有温控系统，用于控制内部温度恒定。
[0018]本专利技术提供的砾岩压裂裂缝偏转与裂缝复杂度预测方法，包括如下步骤：
[0019]S1、将岩石样品加工为矩形岩板或岩块，对岩板中心打孔，将孔与人工井筒连接，高压液体能够通过模拟井筒向孔内注入大量高压液体，使岩石样品被压裂；
[0020]S2、在岩板表面贴附应变片，放入所述围压系统中，对岩板进行扫描，识别颗粒矿物、胶结的空间分布，建立等效力学模型，等效力学模型的几何尺寸与岩板相同，等效力学模型中心设有与岩板中心相同的孔；
[0021]所述扫描的方法包括图像扫描、CT扫描、EDS矿物识别等方法，其中，图像扫描调用高速相机，CT扫描和EDS矿物扫描调用恒温箱与CT成像系统；
[0022]所述等效力学模型中的各类矿物颗粒以及胶结的空间位置和几何关系通过扫描方法获得，各类矿物颗粒以及胶结的力学参数通过公开实验数据或基于上述样品的室内实验获得，其中室内实验一般处理方法为：将岩样中的各类颗粒和胶结人工取出后通过室内力学实验获得，各类室内力学实验包括纳米压痕、回弹仪、单轴和三轴抗压/抗拉等常见实验手段；力学参数包括杨氏模量、泊松比、破裂强度、抗剪强度、抗张强度等；
[0023]S3、对岩板四周施加两组围压，两组围压相互垂直，模拟水平最大主应力和最小主应力；
[0024]S4、恒温箱与CT成像系统保持岩样温度维持设定温度，向人工井口以恒定流量注入压裂液，压裂液内充入测速示踪粒子(PIV)，开启高速相机，使用数据处理系统分析缝内液体流速，同时记录裂缝扩展的动态图像；同时恒温箱与CT成像系统对岩样被压裂的动态过程进行CT成像，形成裂缝扩展过程的动态图像；
[0025]S5、追踪裂缝路径：选取裂缝扩展过程中，裂缝分叉、裂缝扩展方向发生改变时刻的图像作为关键帧；其中在二维分析时，使用基于高速相机的裂缝扩展过程的动态图像，基于三维分析时，使用基于CT成像的裂缝扩展过程的动态图像；
[0026]S6、针对关键帧，以裂缝分叉或裂缝扩展方向发生改变的点作为原点，以原始裂缝扩展方向为x轴，以原点为圆心将x轴逆时针旋转90度为y轴，画出边长为L的矩形关键帧目标区(L根据岩样大小和颗粒大小调整，一种优选为10cm)；裂缝偏转夹角定义为分叉裂缝或扩展方向发生改变的裂缝与x轴正方向的顺时针夹角θ，夹角范围为
‑
180
°
到180
°
之间；
[0027]S7、在等效力学模型的外边界施加与步骤S3相同的围压，在等效力学模型中心的小孔内注入与步骤4)相同的压裂液流量，在步骤S2中应变片在等效力学模型表面对应的同样位置，施加各应变片测得的应力随时间的变化关系，模拟裂缝扩展的动态过程，并将裂缝扩展过程中，模型模拟的缝内流体流速与测速示踪粒子观测到的流速进行对比验证，保证等效力学模型能够等效岩板实验中的裂缝动态扩展过程；
[0028]S8、追踪等效力学模型的裂缝路径：选取裂缝扩展过程中，裂缝分叉、裂缝扩展方向发生改变时刻的图像作为关键帧；并按照步骤S6相同的方法统计同样的关键帧目标区并
统计裂缝偏转夹角θ；
[0029]S9、统计岩板压裂实验中的各关键帧中裂缝偏转夹角出现的角度和次数，基于概率分布模型拟合出概率分布频谱f1(θ)；统计等效力学模型中裂缝偏转夹角出现的角度和次数，基于概率分布模型拟合出概率分布频谱f2(θ)，建立f2(θ)到f1(θ)的映射关系；其中，概率分布频谱拟合方法为：统计各关键帧中裂缝偏转夹角出现的角度和次数，以θ为横坐标，在
‑
180
°
到180
°
区间内等距分为多个子区间，统计夹角θ值出现在每个子区间的次数，并将该区间出现的次数除以总次数作为该区间的频率；以夹角为横坐标，以对应区间中夹角出现的频率为纵坐标，按照频率分布模型本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种砾岩压裂裂缝偏转与裂缝复杂度预测方法，包括采用砾岩压裂裂缝扩展监测装置进行的如下步骤：所述砾岩压裂裂缝扩展监测装置包括围压系统、数据处理系统和恒温箱与CT成像系统；所述围压系统用于放置待测的砾岩岩板；所述围压系统设于所述恒温箱与CT成像系统内，所述恒温箱与CT成像系统对所述砾岩岩板被压裂的动态过程进行CT成像，并保持恒定温度；所述围压系统的底部依次与设于所述恒温箱与CT成像系统外的注入腔、示踪粒子腔和压裂液腔连接；所述数据处理系统控制所述围压系统和所述恒温箱与CT成像系统；所述围压腔的顶部和底部为透明耐压玻璃；所述围压系统的上方设有高速相机，用于对所述砾岩岩板被压裂的动态过程进行拍摄并将图像传输至所述数据处理系统；S1、将岩石样品加工成岩板，并在其中心打孔，在所述孔中配置模拟井筒；S2、在所述岩板表面贴附应变片，放入所述围压系统中，对所述岩板进行扫描，识别颗粒矿物、胶结的空间分布，建立等效力学模型，所述等效力学模型的几何尺寸与所述岩板相同，所述等效力学模型中心设有与所述岩板中心相同的孔；S3、对所述岩板四周施加两组围压，两组围压相互垂直，模拟水平最大主应力和最小主应力；S4、保持所述岩板维持设定温度，向所述模拟井筒内注入压裂液，压裂液内充入测速示踪粒子，开启所述高速相机，使用所述数据处理系统分析缝内液体流速，同时记录裂缝扩展的动态图像；同时所述恒温箱与CT成像系统对岩样被压裂的动态过程进行CT成像，形成裂缝扩展过程的动态图像；S5、追踪裂缝路径：选取裂缝扩展过程中，裂缝分叉、裂缝扩展方向发生改变时刻后的
△
t的图像作为关键帧；其中在二维分析时，采用基于所述高速相机的裂缝扩展过程的动态图像，基于三维分析时，使用基于CT成像的裂缝扩展过程的动态图像；S6、针对关键帧，以裂缝分叉或裂缝扩展方向发生改变的点作为原点，以原始裂缝扩展方向为x轴，以原点为圆心将x轴逆时针旋转90度为y轴，画出边长为L的矩形关键帧目标区；裂缝偏转夹角定义为分叉裂缝或扩展方向发生改变的裂缝与x轴正方向的顺时针夹角θ，夹角范围为
‑
180
°
到180
°
之间；S7、在所述等效力学模型的外边界施加与步骤S3相同的围压，在所述等效力学模型中心的孔内注入与步骤S4相同的压裂液流量，在步骤S2中所述应变片在所述等效力学模型表面对应的同样位置，施加各所述应变片测得的应力随时间的变化关系，模拟裂缝扩展的动态过程，并将裂缝扩展过程中，模型模拟的缝内流体流速与测速示踪粒子观测到的流速进行对比验证，保证所述等效力学模型能够等效岩板实验中的裂缝动态扩展过程；S8、追踪等效力学模型的裂缝路径：选取裂缝扩展过程中，裂缝分叉、裂...

【专利技术属性】
技术研发人员：李曹雄，鲜成钢，申颍浩，石善志，张景，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：