【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种模拟水力裂缝穿越岩层的计算方法，属于油气田开发工程中石油和天然气增产。
技术介绍
1、水力压裂作为低渗-特低渗、非常规储层增产的进攻性战略措施，为提高油气井产量和采出程度发挥了极其重要的作用。许多油气藏在纵向具有多层岩性特征(例如，砂岩油藏上下遮挡层通常为泥岩或页岩)或者结构弱面特征(例如，煤层气藏或页岩气藏通常具有层理特征)，有时需要形成很高的人工裂缝以便沟通纵向上的多小层油气藏而发挥多储层的生产作用并降低开发成本，对于低渗-特低渗或具有底水的储层通常需要控制裂缝高度来促进裂缝长度延伸，有利于更有效发挥水力压裂的增产效应。如何模拟水力裂缝穿越岩层就显得十分重要。目前在室内实验室基于较低的应力加载条件开展了大量的实验，这些研究表明水力裂缝能否穿过岩层界面与原地应力状态、界面强度性质等密切相关，由于室内实验的加载应力水平远远小于真实的矿场远场应力，这些结果难以有效地用于水力压裂参数优化设计。
2、simoson(1978)基于裂缝尖端断裂力学给出了水力裂缝穿层深度与层间水平最小主应力、缝内流体压力的关系图版。biot(1981)按照弹性力学理论建立裂缝穿过岩层界面的缝内流体压力控制准则。palmer(1983)假设水力裂缝满足假设平面应变发生在垂直面，耦合连续性方程、流动方程、缝宽和缝高控制方程建立了影响广泛的拟三维裂缝延伸模型，但忽略了岩层界面性质影响。陈勉等人(1994)采用复变函数方法计算层状介质中裂隙的应力强度因子，采用lobatto-chebyshev正交多项式函数方法进行数值求解。rens
技术实现思路
1、为了克服现有技术中存在的缺陷，本专利技术旨在提供一种模拟水力裂缝穿越岩层的计算方法。
2、本专利技术解决上述技术问题所提供的技术方案是：一种模拟水力裂缝穿越岩层的计算方法，包括：
3、步骤s1、获取岩层界面倾角、岩层垂向应力、水平最小主应力、岩体抗张强度、孔隙弹性常数、岩层界面内聚力与内摩擦系数；
4、步骤s2、计算水力裂缝与岩层界面交点的应力响应系数；
5、步骤s3、根据应力响应系数计算沿岩层界面坐标系下的水力裂缝尖端应力场；
6、步骤s4、根据水力裂缝尖端应力场计算水力裂缝沿岩层界面的有效法向应力；
7、步骤s5、根据水力裂缝尖端应力场、有效法向应力确定水力裂缝在岩层不滑移的临界内摩擦系数；
8、步骤s6、根据水力裂缝在岩层不滑移的临界内摩擦系数与内摩擦系数判断水力裂缝沿岩层界面是否滑移。
9、进一步的技术方案是，所述步骤s1中岩层界面倾角通过储层精细描述获取。
10、进一步的技术方案是，所述步骤s1中岩层垂向应力和水平最小主应力通过校正后的测井解释方法或者储层岩芯kaiser效应测试或微差应变测试或者测试压裂解释方法获取。
11、进一步的技术方案是，所述步骤s1中岩体抗张强度、岩层界面内聚力及内摩擦角采用岩心实验测试或经验方法获取。
12、进一步的技术方案是，所述步骤s1中岩石孔隙弹性常数通过岩心实验测试方法获取。
13、进一步的技术方案是，所述步骤s2中的计算公式为：
14、
15、其中，
16、
17、θ＝90-α
18、a＝cos2(θ/2)
19、
20、
21、式中：k为应力响应系数，无因次；α为岩层界面倾角，度；σv、σh分别为岩层垂向应力和水平最小主应力，mpa；θ为水力裂缝与岩层界面相交角，度；to为抗张强度，mpa；pf为裂缝内流体压力(pnet＝pf-σh，pnet为净压力，mpa)，mpa；η为孔隙弹性常数，无因次；a、b、c均为中间参数；pnet为净压力，mpa。
22、进一步的技术方案是，所述步骤s3中的计算公式为：
23、
24、
25、式中：k为应力响应系数，无因次；σv、σh分别为岩层垂向应力和水平最小主应力，mpa；θ为水力裂缝与岩层界面相交角，度；σθθ为正应力，mpa；σθy为剪切应力，mpa。
26、进一步的技术方案是，所述步骤s4中的计算公式为：
27、σθθ,e＝σθθ-ηpf
28、式中：pf为裂缝内流体压力，mpa；σθθ为正应力，mpa；η为孔隙弹性常数，无因次；σθθ,e为有效法向应力，mpa。
29、进一步的技术方案是，所述步骤s5中的计算公式为：
30、
31、式中：μcr为临界内摩擦系数，无因次；co为内聚力，mpa；σθy为剪切应力，mpa；σθθ,e为有效法向应力，mpa。
32、本专利技术具有以下有益效果：本专利技术假设水力裂缝单元符合平面应变条件且各单元互不影响，考虑在垂向应力-水平最小主应力平面且岩层界面与水力裂缝具有任意倾角、岩层界面内聚力和内摩擦角，采用张性破坏准则和莫尔-库伦破坏准则，建立一种模拟水力裂缝是否穿越岩层的方法。该专利技术填补了矿场真实条件下快速准确预测水力裂缝穿越岩层的计算方法的空白，解决了矿场压裂是否需要进行控制水力裂缝延伸高度的困难。
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1.一种模拟水力裂缝穿越岩层的计算方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种模拟水力裂缝穿越岩层的计算方法，其特征在于，所述步骤S1中岩层界面倾角通过储层精细描述获取。
3.根据权利要求1所述的一种模拟水力裂缝穿越岩层的计算方法，其特征在于，所述步骤S1中岩层垂向应力和水平最小主应力通过校正后的测井解释方法或者储层岩芯Kaiser效应测试或微差应变测试或者测试压裂解释方法获取。
4.根据权利要求1所述的一种模拟水力裂缝穿越岩层的计算方法，其特征在于，所述步骤S1中岩体抗张强度、岩层界面内聚力及内摩擦角采用岩心实验测试或经验方法获取。
5.根据权利要求1所述的一种模拟水力裂缝穿越岩层的计算方法，其特征在于，所述步骤S1中岩石孔隙弹性常数通过岩心实验测试方法获取。
6.根据权利要求1所述的一种模拟水力裂缝穿越岩层的计算方法，其特征在于，所述步骤S2中的计算公式为：
7.根据权利要求6所述的一种模拟水力裂缝穿越岩层的计算方法，其特征在于，所述步骤S3中的计算公式为：
8.根据权利要求7所述的
9.根据权利要求8所述的一种模拟水力裂缝穿越岩层的计算方法，其特征在于，所述步骤S5中的计算公式为：
...【技术特征摘要】
1.一种模拟水力裂缝穿越岩层的计算方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种模拟水力裂缝穿越岩层的计算方法，其特征在于，所述步骤s1中岩层界面倾角通过储层精细描述获取。
3.根据权利要求1所述的一种模拟水力裂缝穿越岩层的计算方法，其特征在于，所述步骤s1中岩层垂向应力和水平最小主应力通过校正后的测井解释方法或者储层岩芯kaiser效应测试或微差应变测试或者测试压裂解释方法获取。
4.根据权利要求1所述的一种模拟水力裂缝穿越岩层的计算方法，其特征在于，所述步骤s1中岩体抗张强度、岩层界面内聚力及内摩擦角采用岩心实验测试或经验方法获取。
【专利技术属性】
技术研发人员：胡永全，胡若菡，李勇明，赵金洲，王强，江有适，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：
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