【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及油气田开发，尤其涉及一种砾岩储层裂缝形态预测方法及图版生成方法。
技术介绍
1、目前，压裂技术已经成为非常规以及低渗透油气藏有效开发的主体技术。压裂技术对于增强排油能力，提高油井产量是极为有效的方法。压裂的方法分水力压裂和高能气体压裂两大类，而水力压裂技术对于油井增产效果明显，成为人们首选的常用技术。特别对于油流通道很小，也就是渗透率较底的油层增产效果特别突出。水力压裂是靠地面高压泵车车组将流体高速注入井中，借助井底憋起的高压，使油层岩石破裂产生裂缝。为防止泵车停止工作后，压力下降，裂缝又自行合拢，在地层破裂后的注入液体中，混入比地层密度大数倍的砂子，同流体一并进入裂缝，并永久停留在裂缝中，支撑裂缝处于开启状态，使油流环境长期得以改善。
2、压裂裂缝的形态预测关系到选择合适的压裂施工方式，从而更加合理的进行储层改造，是影响油藏能否经济合理地进行储层改造的关键。
3、针对浅层砾岩储层，目前压裂施工过程中对于裂缝形态没有明确的指导，导致实际压裂施工中裂缝走向与设计相违背，造成开发效果差，会造成储层改造不充分，储层原有不能充分动用。此外，在隔夹层发育的区域，垂直裂缝的纵向扩展问题也没有充分考虑，导致无法判断裂缝是否能穿透隔夹层。
4、近年来，国内外对压裂裂缝展开了一些研究，取得了一些认识，但是，没有针对浅层砾岩油藏形成一套量化的裂缝形态预测选择以及针对垂直裂缝情况未考虑隔层穿层问题图版。
5、随着压裂技术在非常规以及低渗透油气藏开发的大规模应用，亟待开发出一套理论扎实、实践
6、现有技术具有如下不足之处：
7、1.针对浅层砾岩油藏，没有形成一套量化的裂缝形态预测方法；
8、2.针对垂直裂缝情况，未考虑隔层穿层问题图版。
技术实现思路
1、为解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种砾岩储层裂缝形态预测方法及图版生成方法，收集影响砾岩储层裂缝形态的关键参数，关键参数包括：施工排量、施工粘度和储层三向地应力值；构建裂缝扩展形态模型，基于裂缝扩展形态模型的计算结果，建立砾岩储层裂缝形态预测图版；根据砾岩储层裂缝形态图版判断水力裂缝的发育形态是压力后裂缝发育垂直裂缝还是水平裂缝；对于发育垂直裂缝的区域，收集影响垂直裂缝发育区裂缝穿层的地质和力学参数；构建考虑储层和隔夹层地应力和力学性质非均质性的裂缝穿层扩展模型，建立垂直裂缝穿层图版；根据收集的储层和隔层的地质和力学参数，结合垂直裂缝穿层图版，判断水力压裂能否穿透隔层。本专利技术构建的裂缝扩展形态模型更准确，裂缝形态预测更准确，使选择的压裂施工模式与油藏的地质特征很好的匹配，能够降低储层改造成本，提高油田的开发效益。
2、本专利技术提供了一种砾岩储层裂缝形态预测方法，包括如下步骤：
3、构建裂缝扩展形态模型，基于裂缝扩展形态模型的计算结果，建立砾岩储层裂缝形态预测图版；
4、根据砾岩储层裂缝形态图版，判断水力裂缝的发育形态是压力后裂缝发育垂直裂缝还是水平裂缝；
5、对于发育垂直裂缝的区域，收集影响垂直裂缝发育区裂缝穿层的地质和力学参数；
6、构建考虑储层和隔夹层地应力和力学性质非均质性的裂缝穿层扩展模型，建立垂直裂缝穿层图版；
7、根据收集的储层和隔层的地质和力学参数，结合垂直裂缝穿层图版，判断水力压裂能否穿透隔层。
8、优选地，在构建裂缝扩展形态模型，建立砾岩储层裂缝形态预测图版之前还包括：收集影响砾岩储层裂缝形态的关键参数，关键参数包括：施工排量和储层三向地应力值。
9、优选地，所述构建裂缝扩展形态模型，建立砾岩储层裂缝形态预测图版具体为：利用有限元粘聚力单元全耦合裂缝扩展方法，根据收集的影响砾岩储层裂缝形态的关键参数，构建裂缝扩展形态模型，建立砾岩储层裂缝形态预测图版。
10、优选地，所述利用有限元粘聚力单元全耦合裂缝扩展方法，根据收集的影响砾岩储层裂缝形态的关键参数，构建裂缝扩展形态模型具体包括如下步骤：
11、确定模型的尺寸，建立有限元几何模型；
12、在几何模型基础上，根据储层岩石的物理力学性质赋予几何模型物理力学属性，构建裂缝扩展形态模型的物理模型；物理力学性质包括孔隙度、渗透率、杨氏模量、泊松比和抗拉强度；
13、对裂缝扩展形态模型的物理模型进行网格划分；
14、对网格划分后的裂缝扩展形态模型的物理模型施加边界条件以及初始场变量；边界条件包括固定位移边界条件和孔压边界条件；初始场变量包括孔隙度场、地应力场以及孔隙压力场；
15、对施加了边界条件和初始场变量后的物理模型设定注液点、注液流量及注液时间。
16、通过改变上述模型的物理力学参数并进行计算，获得不同计算条件下的裂缝扩展形态。
17、利用有限元粘聚力单元全耦合裂缝扩展方法，主要分为流固耦合理论、水力裂缝起裂和扩展准则以及缝内流体流动方程三部分：
18、(1)流固耦合理论
19、岩石属于一种多孔介质，水力压裂过程中，储层流体的流动与岩石基质的变形是相互作用、相互影响的。一方面，由于岩石的变形会导致孔隙体积及其结构的变化，从而影响渗流场的变化(包括孔隙压力、流量等)；另一方面，孔隙压力的变化，会反过来影响有效应力的变化。
20、岩石固体骨架变形力学的平衡方程为：
21、
22、式中，为有效应力矩阵，pa；pw为孔隙压力，pa；δε为虚应变率矩阵，s-1；δv为虚速度向量，m/s；t为表面力向量，n/m2；f为体力向量，n/m3。
23、流体渗流的连续性方程为：
24、
25、式中，j为体积变化比率，无因次；ρw为流体密度，kg/m3；nw为孔隙率，无因次；vw为流体渗流速度，m/s；x为空间矢量，m/s。
26、假设流体在岩石内的流动满足达西定律，即：
27、
28、式中，k为岩石渗透率张量，m/s；g为重力加速度向量，m/s2。
29、(2)水力裂缝起裂及扩展准则
30、内聚力方法是通过刚度退化的应力-位移(t-s)准则来模拟水力裂缝的起裂与扩展过程。在裂缝起裂前，cohesive单元未出现损伤，其本构关系满足线弹性变化规律，此阶段的加卸载过程是可逆的；当裂缝起裂时，cohesive单元出现初始损伤，裂缝扩展，cohesive单元刚度开始逐渐退化，直至单元刚度降低为0时，单元完全损伤。当cohesive单元损伤出现后，加卸载过程不再可逆。
31、1)裂缝起裂
32、目前，常用的水力裂缝起裂准则有四种：最大主应力准则、二次应力准则、最大应变准则以及二次应变准则。如图4所示，为描述水力裂缝的张剪复合破坏行为，本专利技术选择二次应力起裂准则，即当三个方向的应力值与对应临界值得比值的平方和为1时，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种砾岩储层裂缝形态预测方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的砾岩储层裂缝形态预测方法，其特征在于，在构建裂缝扩展形态模型，建立砾岩储层裂缝形态预测图版之前还包括：收集影响砾岩储层裂缝形态的关键参数，关键参数包括：施工排量和储层三向地应力值。
3.根据权利要求2所述的砾岩储层裂缝形态预测方法，其特征在于，所述构建裂缝扩展形态模型，建立砾岩储层裂缝形态预测图版具体为：利用有限元粘聚力单元全耦合裂缝扩展方法，根据收集的影响砾岩储层裂缝形态的关键参数，构建裂缝扩展形态模型，建立砾岩储层裂缝形态预测图版。
4.根据权利要求3所述的砾岩储层裂缝形态预测方法，其特征在于，所述利用有限元粘聚力单元全耦合裂缝扩展方法，根据收集的影响砾岩储层裂缝形态的关键参数，构建裂缝扩展形态模型具体包括如下步骤：
5.根据权利要求4所述的砾岩储层裂缝形态预测方法，其特征在于，影响垂直裂缝发育区裂缝穿层的地质和力学参数包括：隔层和储层的最小水平地应力差异以及隔层和储层的岩石力学参数差异，隔层和储层的最小水平地应力差异为Sh,隔层-Sh,储层；
6.根据权利要求5所述的砾岩储层裂缝形态预测方法，其特征在于，隔层和储层的岩石力学参数差异为杨氏模量之比，具体为：E隔层/E储层；
7.根据权利要求6所述的砾岩储层裂缝形态预测方法，其特征在于，所述构建考虑储层和隔夹层地应力和力学性质非均质性的裂缝穿层扩展模型，建立垂直裂缝穿层图版具体为：根据有限元粘聚力单元全耦合裂缝扩展方法，构建考虑储层和隔夹层地应力和力学性质非均质性的裂缝穿层扩展模型，建立垂直裂缝穿层图版。
8.根据权利要求7所述的砾岩储层裂缝形态预测方法，其特征在于，根据有限元粘聚力单元全耦合裂缝扩展方法，构建考虑储层和隔夹层地应力和力学性质非均质性的裂缝穿层扩展模型具体包括如下步骤：
9.一种砾岩储层裂缝形态预测图版的生成方法，其特征在于，用于权利要求1-8任一项所述的砾岩储层裂缝形态预测方法中，包括以下步骤：
10.根据权利要求9所述的砾岩储层裂缝形态预测图版的生成方法，其特征在于，在砾岩储层裂缝形态预测图版中建立二维直角坐标系，横坐标为施工排量，横坐标单位为m3/min，纵坐标为地层垂向地应力与水平最小地应力差值Sv-Sh，纵坐标单位为MPa，将砾岩储层裂缝形态预测图版分为两个区域，水平裂缝发育区和垂直裂缝发育区。
11.一种垂直裂缝穿层图版的生成方法，其特征在于，用于权利要求1-8任一项所述的砾岩储层裂缝形态预测方法，包括如下步骤：
12.根据权利要求11所述的垂直裂缝穿层图版的生成方法，其特征在于，隔层和储层的力学性质差异为杨氏模量之比E隔层/E储层；
13.根据权利要求12所述的垂直裂缝穿层图版的生成方法，其特征在于，在垂直裂缝穿层图版中建立二维直角坐标系，横坐标为隔层杨氏模量和储层杨氏模量之比E隔层/E储层，单位为无量纲；纵坐标为隔层水平最小地应力和储层水平最小地应力之差Sh,隔层-Sh,储层，单位为MPa；垂直裂缝穿层图版分为两个区域，分别为垂直裂缝穿层区域和垂直裂缝不穿层区域；每个区域由控制点来控制边界，垂直裂缝穿层区域边界线由多个边界点确定，边界点依次连接形成边界线。
14.一种分段压裂裂缝布缝模式选择的方法，其特征在于，采用权利要求9-10中任一项所述的砾岩储层裂缝形态预测图版的生成方法生成的砾岩储层裂缝形态预测图版和权利要求11-13中任一项所述的垂直裂缝穿层图版的生成方法生成的垂直裂缝穿层图版，包括以下步骤：
15.根据权利要求14所述的分段压裂裂缝布缝模式选择的方法，其特征在于，所述布缝模式包括水平裂缝、由垂直裂缝穿层区域确定的穿层垂直裂缝以及由垂直裂缝不穿层区域确定的不穿层垂直裂缝。
...【技术特征摘要】
1.一种砾岩储层裂缝形态预测方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的砾岩储层裂缝形态预测方法，其特征在于，在构建裂缝扩展形态模型，建立砾岩储层裂缝形态预测图版之前还包括：收集影响砾岩储层裂缝形态的关键参数，关键参数包括：施工排量和储层三向地应力值。
3.根据权利要求2所述的砾岩储层裂缝形态预测方法，其特征在于，所述构建裂缝扩展形态模型，建立砾岩储层裂缝形态预测图版具体为：利用有限元粘聚力单元全耦合裂缝扩展方法，根据收集的影响砾岩储层裂缝形态的关键参数，构建裂缝扩展形态模型，建立砾岩储层裂缝形态预测图版。
4.根据权利要求3所述的砾岩储层裂缝形态预测方法，其特征在于，所述利用有限元粘聚力单元全耦合裂缝扩展方法，根据收集的影响砾岩储层裂缝形态的关键参数，构建裂缝扩展形态模型具体包括如下步骤：
5.根据权利要求4所述的砾岩储层裂缝形态预测方法，其特征在于，影响垂直裂缝发育区裂缝穿层的地质和力学参数包括：隔层和储层的最小水平地应力差异以及隔层和储层的岩石力学参数差异，隔层和储层的最小水平地应力差异为sh,隔层-sh,储层；
6.根据权利要求5所述的砾岩储层裂缝形态预测方法，其特征在于，隔层和储层的岩石力学参数差异为杨氏模量之比，具体为：e隔层/e储层；
7.根据权利要求6所述的砾岩储层裂缝形态预测方法，其特征在于，所述构建考虑储层和隔夹层地应力和力学性质非均质性的裂缝穿层扩展模型，建立垂直裂缝穿层图版具体为：根据有限元粘聚力单元全耦合裂缝扩展方法，构建考虑储层和隔夹层地应力和力学性质非均质性的裂缝穿层扩展模型，建立垂直裂缝穿层图版。
8.根据权利要求7所述的砾岩储层裂缝形态预测方法，其特征在于，根据有限元粘聚力单元全耦合裂缝扩展方法，构建考虑储层和隔夹层地应力和力学性质非均质性的裂缝穿层扩展模型具体包括如下步骤：
【专利技术属性】
技术研发人员：石善志，李建民，桂文宇，于会永，马明伟，陈昂，孙宜成，王涛，刘蕊宁，李嘉成，潘玉婷，
申请(专利权)人：中国石油天然气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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