多层叠置地层分段多簇压裂裂缝扩展形态预测方法技术

本发明专利技术公开了一种多层叠置地层分段多簇压裂裂缝扩展形态预测方法，包括：建立考虑纵向层间力学性质非均质性的拟三维单裂缝扩展模型；基于阻力法和诱导应力解析模型求解多裂缝间的流量分配；耦合单裂缝扩展模型和分流模型，建立考虑层间力学性质非均质性的拟三维多裂缝扩展模型，代入计算所需基础参数，获取多层叠置地层分段多簇压裂裂缝扩展形态

【技术实现步骤摘要】
多层叠置地层分段多簇压裂裂缝扩展形态预测方法


[0001]本专利技术涉及油气增产改造
，特别涉及一种多层叠置地层分段多簇压裂裂缝扩展形态预测方法
。

技术介绍

[0002]我国致密砂岩气藏储量巨大，分布范围广，是我国天然气产量持续增长的重要支柱
。
但因其基质渗透率低，单井一般无自然产能或自然产能低于工业气流下限，需通过压裂改造手段提高产能，而水平井分段多簇压裂技术已成为该类储层经济高效开发的关键技术
。
[0003]由于致密气储层主要以河道沉积为主，砂体分布广泛且分散，储层纵向上隔层发育，呈多层叠置特征，导致裂缝扩展不仅受到横向上多裂缝缝间应力干扰的影响，同时受到纵向上层间力学性质非均质性的影响，使得裂缝扩展机理十分复杂
。
现有裂缝扩展模型多采用数值法建模，需求解物质平衡积分方程，计算复杂，且同时考虑裂缝的三维扩展和水平井多裂缝分流会进一步增加模型的计算复杂程度，使得现有裂缝扩展模型难以有效且快速计算多层叠置地层中多裂缝的同步扩展，限制了裂缝扩展模型对现场工程设计的指导作用
。
亟需形成一套高效且考虑纵向上层间力学性质非均质性的三维裂缝扩展模型，揭示多裂缝三维扩展机理，为提高致密气储层压裂改造效果提供理论依据
。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术提供一种多层叠置地层分段多簇压裂裂缝扩展形态预测方法，以解决现有技术中无法实现多层叠置地层分段多簇压裂裂缝扩展形态的快速预测
。
[0005]本专利技术实施例的具体技术方案是：
[0006]第一方面，本申请提供一种多层叠置地层分段多簇压裂裂缝扩展形态预测方法，包括：
[0007](S100)
：建立考虑纵向层间力学性质非均质性的拟三维单裂缝扩展模型；
[0008](S200)
：基于阻力法和诱导应力解析模型求解多裂缝间的流量分配；
[0009](S300)
：耦合单裂缝扩展模型和分流模型，建立考虑层间力学性质非均质性的拟三维多裂缝扩展模型，代入计算所需基础参数，获取多层叠置地层分段多簇压裂裂缝扩展形态
。
[0010]进一步地，所述步骤
(S100)
中建立拟三维单裂缝扩展模型方法为：
[0011](S110)
采用平衡高度增长模型计算多层叠置地层裂缝高度：
[0012][0013][0014]式中：
l
为半缝高，
m
；
K
Icn
为裂缝下尖端所在地层的断裂韧性，
MPa.m
0.5
；
K
Icm
为裂缝
上尖端所在地层的断裂韧性，
MPa.m
0.5
；
i
为中间层上部各小层的编号，以偶数表示；
j
为中间层下部各小层的编号，以奇数表示；
m
，
M
为叠加上限值，无量纲；
b
i
为裂缝中心到上尖端所在层的下界面的距离，
m
；
b
j
为裂缝中心到下尖端所在层的上界面的距离，
m
；
σ
t
为裂缝上尖端所在层的应力，
MPa
；
σ
b
为裂缝下尖端所在层的应力，
MPa
；
P
为裂缝内压力，
MPa
；
S
i
和
S
j
分别代表中间层上部和下部相邻层间的应力差，
MPa
；
[0015](S120)
通过缝内流体流动方程预测缝内压力，所述缝内流体流动方程为：
[0016][0017]式中：
P
为裂缝内压力，
MPa
；
x
为沿缝长方向任意位置距裂缝入口的距离，
m
；
n
为流性指数，无因次；
K
为稠度系数，
Pa
·
sn
；
h(x)
为
x
处的裂缝高度，
m
；
w(x)
为
x
处的裂缝截面最大宽度，
m
；
q(x)
为
x
处的流体流量，
m3/s
；
[0018](S130)
通过拟三维裂缝宽度方程预测裂缝宽度，所述拟三维裂缝宽度方程为：
[0019][0020]式中：
x
为沿缝长方向任意位置距裂缝入口的距离，
m
；
z
为沿缝高方向任意位置距裂缝中心轴线的距离，
m
；
w(x,z)
为
(x,z)
处的裂缝宽度，
m
；
w(x,0)
为沿缝长方向
x
位置处裂缝中心轴线上的裂缝宽度，
m
；
E'
为平面应变杨氏模量，
GPa
；
p(x)
为
x
位置处的裂缝内净压力，
MPa
；
Δσ
为相邻层应力差，
MPa
；
h(x)
为沿缝长方向上
x
处垂直截面的缝高，
m
；
H
为地层高度，
m
；
[0021](S140)
进行裂缝长度预测，裂缝长度计算方程为：
[0022][0023][0024]式中：
x
f
为裂缝长度，
m
；为平均裂缝宽度，
m
；积分常量
S
p
为初滤失系数，
m
；
q
为流量，
m3/s
；
C
L
为地层滤失系数，
m/min
0.5
；
h
f
为缝口位置处裂缝高度，
m
；
H
为地层高度，
m
；
erfc
是误差补偿函数
。
[0025]进一步地，所述步骤
(S200)
中还包括建立多裂缝间流量分配预测方法：
[0026](S210)
建立裂缝诱导应力场模型：
[0027][0028]式中：
σ
x
代表垂直裂缝面
x
处产生的诱导应力，
MPa
；
P
net
代表裂缝内的净压力，
MPa
；
x
代表裂缝面距某一位本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种多层叠置地层分段多簇压裂裂缝扩展形态预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
(S100)
：建立考虑纵向层间力学性质非均质性的拟三维单裂缝扩展模型；
(S200)
：基于阻力法和诱导应力解析模型求解多裂缝间的流量分配；
(S300)
：耦合单裂缝扩展模型和分流模型，建立考虑层间力学性质非均质性的拟三维多裂缝扩展模型，代入计算所需基础参数，获取多层叠置地层分段多簇压裂裂缝扩展形态
。2.
根据权利要求1所述的多层叠置地层分段多簇压裂裂缝扩展形态预测方法，其特征在于，所述步骤
(S100)
中建立拟三维单裂缝扩展模型方法为：
(S110)
采用平衡高度增长模型计算多层叠置地层裂缝高度：采用平衡高度增长模型计算多层叠置地层裂缝高度：式中：
l
为半缝高，
m
；
K
Icn
为裂缝下尖端所在地层的断裂韧性，
MPa.m
0.5
；
K
Icm
为裂缝上尖端所在地层的断裂韧性，
MPa.m
0.5
；
i
为中间层上部各小层的编号，以偶数表示；
j
为中间层下部各小层的编号，以奇数表示；
m
，
M
为叠加上限值，无量纲；
b
i
为裂缝中心到上尖端所在层的下界面的距离，
m
；
b
j
为裂缝中心到下尖端所在层的上界面的距离，
m
；
σ
t
为裂缝上尖端所在层的应力，
MPa
；
σ
b
为裂缝下尖端所在层的应力，
MPa
；
P
为裂缝内压力，
MPa
；
S
i
和
S
j
分别代表中间层上部和下部相邻层间的应力差，
MPa
；
(S120)
通过缝内流体流动方程预测缝内压力，所述缝内流体流动方程为：式中：
P
为裂缝内压力，
MPa
；
x
为沿缝长方向任意位置距裂缝入口的距离，
m
；
n
为流性指数，无因次；
K
为稠度系数，
Pa
·
sn
；
h(x)
为
x
处的裂缝高度，
m
；
w(x)
为
x
处的裂缝截面最大宽度，
m
；
q(x)
为
x
处的流体流量，
m3/s
；
(S130)
通过拟三维裂缝宽度方程预测裂缝宽度，所述拟三维裂缝宽度方程为：式中：
x
为沿缝长方向任意位置距裂缝入口的距离，
m
；
z
为沿缝高方向任意位置距裂缝中心轴线的距离，
m
；
w(x,z)
为
(x,z)
处的裂缝宽度，
m
；
w(x,0)
为沿缝长方向
x
位置处裂缝中心轴线上的裂缝宽度，
m
；
E'
为平面应变杨氏模量，
GPa
；
p(x)
为
x
位置处的裂缝内净压力，
MPa
；
Δσ
为相邻层应力差，
MPa
；
h(x)
为沿缝长方向上
x
处垂直截面的缝高，
m
；
H
为地层高度，
m
；
(S140)
进行裂缝长度预测，裂缝长度计算方程为：
式中：
x
f
为裂缝长度，
m
；为平均裂缝宽度，
m
；积分常量
S
p
为初滤失系数，
m
；
q
为流量，
m3/s
；
C
L
为地层滤失系数，
m/min
0.5
；
h
f
为缝口位置处裂缝高度，
m
；
H
为地层高度，
m
；
erfc
是误差补偿函数
。3.
根据权利要求1所述的多层叠置地层分段多簇压裂裂缝扩展形态预测方法，其特征在于，所述步骤
(S200)
中还包括建立多裂缝间流量分配预测方法：
(S210)
建立裂缝诱导应力场模型：式中：
σ
x
代表垂直裂缝面
x
处产生的诱导应力，
MPa
；
P
net
代表裂缝内的净压力，
MPa
；
x
代表裂缝面距某一位置的距离，
m
；
E
代表杨氏模量，
GPa
；
W
f
代表裂缝宽度，
m
；
(S220)
建立阻力法分流模型：定义每条裂缝的阻力为单位流量的总压降，式中：
R
i
为第
i
条裂缝的阻力，
MPa.s/m3；
BHP
为井筒压力，
MPa
；
S
hmin,i
为第
i
条裂缝原地最小水平主应力和诱导应力之差，
MPa
；
Q
i
为第
i
条裂缝的入口流入量，
m3/s
；
Δ
p
f,i
为第
i
条裂缝的缝内压降，
MPa
；
Δ
p
pf,i
为第
i
条裂缝的射孔孔眼压降，
MPa
；
Δ
p
wi
为第
i
条裂缝的井筒压降，
MPa
；则每条裂缝的流量分配为：式中：
R
tot
为所有裂缝总的阻力，
MPa.s/m3；
Q
T
为注入井筒总流量，<...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘彧轩，杨兴贵，郭建春，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：