一种深层断层附近页岩气压裂簇间距优化方法技术

本发明专利技术公开一种深层页岩气断层影响下的压裂簇间距优化方法，包括：获取数据；计算压前断层影响下的非均匀地应力场；计算各条水力裂缝延伸参数；计算压力和滤失量；分别确定张性破坏与剪切破坏天然裂缝位置的网格单元；计算破坏点所在模型网格的体积；重复进行下一时步的计算，直到压裂时间结束，计算断层影响下的地应力偏转角度和水平应力差，通过数值模拟，以缝网体积最大化为目标，确定最优射孔簇间距。本发明专利技术考虑了断层对非均匀应力场的影响，优化最佳的页岩气水平井射孔簇间距，实现页岩气水平井缝网体积最大化，解决了深层页岩气断层影响下水平井压裂簇间距缺少准确优化方法的问题，进一步提高深层页岩气断层影响下压裂设计的科学性和针对性。设计的科学性和针对性。设计的科学性和针对性。

【技术实现步骤摘要】
一种深层断层附近页岩气压裂簇间距优化方法


[0001]本专利技术涉及一种深层页岩气断层影响下的压裂簇间距优化方法，属于页岩气开发


技术介绍

[0002]深层页岩气是建产和规模上产的主战场，是目前页岩气勘探开发发展的重要方向，备受关注。然而页岩经历了多期次构造运动，抬升剥蚀作用明显，地层强度各向异性较强，页岩层系中的断层普遍发育，导致附近地应力场呈现非均匀分布，水力裂缝可能出现非平面、非对称、非规则延伸行为，进而影响缝网体积，因此，非均匀应力场下，合适的簇间距设计对提升深层页岩压裂缝网展布区域、提高深层页岩气藏压后效果具有重要的意义。
[0003]国内外部分学者围绕断层影响下地应力表征和页岩气水平井簇间距设计开展了一系列研究。地应力表征方面，Lin等发现应力和孔隙压力的变化将会受到断层滑移的影响，并提供了一种孔隙弹性计算方法，可以定量预测具有断层构造的页岩储层3D原位应力和孔隙压力场。倪伟等将断层分为平行断层与交叉断层，并且使用有限元方法对两种断层下的地应力进行了模拟分析。页岩气水平井簇间距设计方面，Guo等发现分簇裂缝延伸时，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种深层页岩气断层影响下的压裂簇间距优化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、获取断层参数、储层地质参数、压裂施工参数、天然裂缝参数和模型网格参数；步骤二、建立深层页岩气断层影响下非均匀应力场表征模型，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，由原始地应力场和断层诱导应力场线性叠加，计算得到诱导应力，再利用叠加原理计算压前断层影响下的非均匀地应力场，分别绘制断层影响下地应力偏转角度分布图和水平应力差值分布图；步骤三、建立深层页岩气断层影响下水平井分段多簇压裂水力裂缝缝网扩展模型，结合初始和边界条件，计算各簇的水力裂缝延伸参数、缝内压力、滤失量和裂缝位置参数；步骤四、以当前储层压力场分布为初始条件，以水力裂缝延伸部分中计算得到的缝内压力以及裂缝位置参数为内边界条件，利用有限差分法，求解断层影响下的储层压力场；步骤五、根据Warpinski二维准则，利用张量计算的方法建立判断任意产状天然裂缝的破坏准则，并分别确定张性破坏与剪切破坏天然裂缝位置的网格单元；步骤六、根据张性破坏与剪切破坏天然裂缝位置的网格单元，通过空间数值积分计算储层剪切破坏改造体积和张性破坏改造体积之和，从而得到缝网体积；步骤七、重复步骤四到步骤六，直至达到设定时间步长，通过数值模拟得到的射孔处各簇水力裂缝延伸图和缝网体积；步骤八、通过非均匀地应力场影响下的压裂缝网体积动态扩展模拟，以缝网体积最大化为目标，确定最优射孔簇间距，绘制缝网体积随簇间距变化曲线图。2.根据权利要求1所述的一种深层页岩气断层影响下的压裂簇间距优化方法，其特征在于，所述断层参数包括断层类型、断层长度、断层高度、断层倾角、断层走向、断层断距；所述储层地质参数包括地层最大水平主应力、最小水平主应力、水平应力差、地层岩石断裂韧性、地层岩石杨氏模量、地层岩石泊松比；所述压裂施工参数包括压裂排量、压裂液量、压裂时间、压裂液体粘度、压裂液滤失系数、压裂液密度、压裂注入支撑剂平均浓度、射孔簇数、单簇射孔孔眼数量、射孔孔眼直径、簇间距；所述天然裂缝参数包括天然裂缝平均倾角、天然裂缝平均逼近角、天然裂缝平均长度、天然裂缝平均高度；所述模型网格参数包括模型x方向边界、y方向边界、z方向边界。3.根据权利要求1所述的一种深层页岩气断层影响下的压裂簇间距优化方法，其特征在于，所述深层页岩气断层影响下非均匀应力场表征模型包括诱导应力分量计算方程、压前断层影响下的非均匀地应力场计算方程；其中诱导应力分量计算方程为：
Δσ
zz
＝ν(Δσ
xx
+Δσ
yy
)式中：Δσ
xx
、Δσ
yy
、Δσ
zz
、Δσ
xy
分别表示断层诱导应力分量，MPa；G表示储层岩石的剪切模量，Pa；ν表示储层岩石泊松比，无量纲；D
n
、D
t
分别表示断层的法向断距和切向断距，m；ζ表示全局坐标系中的y转换到局部坐标系中的值；e和g分别是局部坐标系ζ轴与全局坐标系x轴和y轴夹角的余弦值；F
k
表示Papkovitch函数偏导方程，k∈{3
‑
6}；其中压前断层影响下的非均匀地应力场计算方程为：式中：σ
xx(0)
、σ
yy(0)
、σ
zz(0)
、σ
xy(0)
、σ
yz(0)
、σ
xz(0)
表示原始地应力值分量，Pa；σ
xx
、σ
yy
、σ
zz
、σ
xy
、σ
yz
、σ
xz
表示当前地应力值分量，Pa。4.根据权利要求1所述的一种深层页岩气断层影响下的压裂簇间距优化方法，其特征在于，所述深层页岩气断层影响下水平井分段多簇压裂水力裂缝缝网扩展模型包括物质平衡方程、缝内流动方程、裂缝开度方程、裂缝高度方程、裂缝转向方程、裂缝流量分配方程、裂缝延伸边界条件与初始条件方程；其中物质平衡方程为：其中物质平衡方程为：式中：q
f
表示缝内流量，m3/s；t表示时间，s；h
f
表示裂缝的高度，m；ω
f
表示裂缝的开度，m；C
L
表示注入压裂液的滤失系数，m/s
0.5
；τ(s)表示裂缝长度方向坐标s位置处压裂液开始滤失的时间，s；N表示水力裂缝条数；q
T
表示压裂液注入的总流量，m3/s；q
i
表示第i条裂缝分配所得的流量，m3/s；其中缝内流动方程为：式中：p
f
表示裂缝内流体压力，Pa；μ表示裂缝内流体的黏度，Pa
·
s，q
L
表示滤失速度，m/s；其中裂缝开度方程为：
ω
f
(s)＝(U
n
)
i
|
s∈i
式中：A表示裂缝离散单元总数量；i和j表示裂缝单元，取值1
‑
A；(M
tt
)
ij
表示j单元切向位移不连续量在i单元上引起的切向应力分量，(M
nt
)
ij
表示j单元法向位移不连续量在i单元上引起的切向应力分量，(M
tn
)
ij
表示j单元切向位移不连续量在i单元上引...

【专利技术属性】
技术研发人员：任岚，杨子清，赵金洲，林然，于志豪，吴建发，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：