【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种定向射孔水力压裂起裂压力流固耦合预测方法，属于(超)深层油气钻完井。
技术介绍
1、在深(超)层页岩油、气或致密砂岩油、气储层水力压裂作业中，部分区域由于水平地应力差大，闭合压力高，导致水力压裂裂缝起裂压力极高，储层改造效率低。对于套管完井形成的套管-水泥环-地层组合体，水泥环-套管不仅受地层原地应力场的影响，同样，水泥环-套管也会反作用于钻井形成的裸眼地层岩石，导致井周围岩应力场重新分布。套管射孔水力压裂作业时控制射孔压裂起裂压力、射孔相位角、射孔深度及压裂排量的核心参数——射孔孔周应力场，与套管-水泥环组合体及孔周围岩的流固耦合作用密切相关。然而，常规裸眼井周围岩的线弹性解并不能反映套管-水泥环耦合作用对井周围岩的应力场影响，进而不能准确预测射孔水力压裂的起裂压力及相关参数。再者，求解套管-水泥环所受面内(与r-θ面有关)和面外(与r-z和θ-z面有关)应力及位移解时，应去除掉地层沉积或构造运动引起的面内初始位移和和面外剪切初始位移w0的影响。
2、上述提到的流固耦合作用体现在，射孔作业射穿套管和水泥环在地层内部形成射孔孔道，孔道壁面的原始作用力——孔隙压力及径向应力分别被孔道内部的流体(压裂液)压力替代，剪切应力变为零，射孔孔眼形成前后的应力差(或压力差)引起岩石固相发生变形，诱导岩石渗透率和孔隙度发生变化，进而影响地层岩石孔隙内部流体的流动状态，而反映流体流动状态的压力梯度会反作用于岩石固相——抵抗其变形。这种流(流体流动)-固(固相变形)耦合作用引起孔道周围围岩所受应力场和孔隙压力场重新分
3、因此，综合套管-水泥环组合体对地层应力场影响且考虑射孔孔周围岩的流固耦合作用的场变量解，进而建立定向射孔水力压裂起裂压力预测方法并优化相关射孔及压裂参数，提高储层改造效率，显得尤为重要。
4、目前，已有方法预测地层起裂压力，如中国石油化工股份有限公司所属的公开号为cn 112177598 a的专利技术专利，公开了一种考虑压裂液压缩性的地层起裂压力预测方法。包括建立井筒压裂液流动的离散化井筒模型，获得井底压力随时间变化的规律和井口压力随时间变化的规律；建立射孔条件下的井筒-水泥环-近井壁地层三维流固耦合力学数值模型，获得井筒憋压过程中近井壁应力场的分布规律和渗流场的分布规律，并反演地层起裂时间及井口起裂压力。该方法完善了页岩气井水力压裂起裂压力及起裂时间的计算方法，为深入认识页岩气井水力压裂的起裂机理及开展压裂设计提供了理论基础及设计据。
5、中国石油天然气集团有限公司所属的公开号cn 116976063 a的专利技术专利公开了考虑诱导应力干扰的起裂压力计算方法和装置、压裂方法。包括计算n条已破裂裂缝半长和净压力获得裂缝诱导应力场修正解；将n条已破裂裂缝的修正诱导应力场叠加到未起裂点的局部应力场上，获得未起裂点的修正局部应力场解，并应用到起裂压力模型中得到修正起裂压力模型；根据起裂压力模型获得未起裂点的起裂压力下限，通过修正起裂压力模型获得未起裂点的起裂压力上限，未起裂点的起裂压力位于起裂压力的上限和下限之间。该方法的优势在于可预测段内多簇裂缝起裂压力。
6、上述两份专利及其他现有的技术方案，尽管取得了一定的技术效果，但未提供非均匀地应力条件下任意井型(直井、定向井和水平井)井周围岩受套管-水泥环耦合作用的应力场解析解，及射孔孔道围岩的场变量(应力场和孔隙压力场)受流固耦合解析解。已有的数值模型存在收敛问题，计算效率低，与解析法相比，不能快速预测定向射孔水力压裂的起裂角和动态起裂压力，优化射孔深度，相位角和施工排量。因此，急需建立一种综合套管-水泥环-地层耦合作用的定向射孔起裂压力流固耦合预测方法。
技术实现思路
1、本专利技术主要是克服现有技术中的不足之处，提出一种定向射孔水力压裂起裂压力流固耦合预测方法。
2、本专利技术解决上述技术问题所提供的技术方案是：一种定向射孔水力压裂起裂压力流固耦合预测方法，包括以下步骤：
3、步骤一、利用气测渗透仪测量岩心的渗透率和孔隙度；
4、步骤二、利用高温高压岩石三轴测试仪测量水泥石和地层岩石的弹性力学参数，岩石的孔隙介质力学耦合参数和强度参数；
5、步骤三、利用声发射实验测量地应力数据确定水平构造应变，统计现场实测孔隙压力数据；
6、步骤四、利用实验测量数据确定岩石的弹性力学、孔隙介质力学和强度参数理论预测公式中的拟合系数，结合测井数据获取井下研究井深岩石的弹性力学、孔隙介质力学和强度参数；
7、步骤五、利用测井数据反演得到研究井深的地应力和原始孔隙压力；
8、步骤六、统计井身结构，井眼轨迹和套管力学参数；
9、步骤七、利用“套管-水泥环-地层组合体”的变形控制方程和调和方程，推导出非均匀地应力条件下定向井井周围岩受套管-水泥环耦合作用的应力场解析解；
10、步骤八、利用套管-水泥环耦合作用的定向井井周围岩应力新解，射孔孔道周围多孔岩石的流固耦合控制方程，推导出定向射孔孔道围岩受流固耦合作用的场变量(应力场和孔隙压力场)解析解；
11、步骤九、综合定向射孔孔周围岩场变量的流固耦合解，岩石拉伸起裂准则，预测定向射孔水力压裂的起裂角和动态起裂压力，优化射孔深度、相位角和施工排量。
12、进一步的技术方案是，所述步骤二中的水泥石和地层岩石的弹性力学参数包括弹性模量和泊松比；岩石的孔隙介质力学耦合参数包括biot有效应力系数和skempton孔隙压力系数；强度参数指岩石的抗拉强度。
13、进一步的技术方案是，所述步骤三中的声发射实验测量地应力数据包括水平最大地应力和水平最小地应力；构造应变包括水平最大地应力和水平最小地应力方向各自的构造应变。
14、进一步的技术方案是，所述步骤四中的利用实验测量数据确定岩石的弹性力学、孔隙介质力学和强度参数理论预测公式中的拟合系数。测量数据包括：弹性模量、泊松比、单轴抗压强度、抗拉强度和biot有效应力系数。
15、进一步的技术方案是，所述步骤四中的测井数据包括声波时差、密度、伽马值和孔隙度。
16、进一步的技术方案是，所述步骤五中的地应力数据包括上覆岩层压力、水平最大地应力和水平最小地应力。
17、进一步的技术方案是，所述步骤六中的井身结构数据包括井眼尺寸、套管外径、壁厚和水泥浆返高；井眼轨迹数据包括井斜角和方位角；套管力学参数包括套管的弹性模量和泊松比。
18、进一步的技术方案是，所述步骤七中的定向井井周围岩受套管-水泥环耦合作用的应力场解析解为：
19、
20、
21、
22、
23、
24、
25、式中，p3是水泥环-地层界面接触力，mpa；r为井眼中心至地层内部某位置的径向距离，m；r3为井眼半径，m；和分别是井周围岩分布的面内径向应力，切向应力，和剪应力，mpa；面外剪应本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种定向射孔水力压裂起裂压力流固耦合预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种定向射孔水力压裂起裂压力流固耦合预测方法，其特征在于，所述步骤二中的水泥石和地层岩石的弹性力学参数包括弹性模量和泊松比；岩石的孔隙介质力学耦合参数包括Biot有效应力系数和Skempton孔隙压力系数；强度参数指岩石的抗拉强度。
3.根据权利要求1所述的一种定向射孔水力压裂起裂压力流固耦合预测方法，其特征在于，所述步骤三中的声发射实验测量地应力数据包括水平最大地应力和水平最小地应力；构造应变包括水平最大地应力和水平最小地应力方向各自的构造应变。
4.根据权利要求1所述的一种定向射孔水力压裂起裂压力流固耦合预测方法，其特征在于，所述步骤四中的测井数据包括声波时差、密度、伽马值和孔隙度。
5.根据权利要求1所述的一种定向射孔水力压裂起裂压力流固耦合预测方法，其特征在于，所述步骤五中的地应力数据包括上覆岩层压力、水平最大地应力和水平最小地应力。
6.根据权利要求1所述的一种定向射孔水力压裂起裂压力流固耦合预测方法，其特征在
7.根据权利要求1所述的一种定向射孔水力压裂起裂压力流固耦合预测方法，其特征在于，所述步骤七中的定向井井周围岩受套管-水泥环耦合作用的应力场解析解为：
8.根据权利要求1所述的一种定向射孔水力压裂起裂压力流固耦合预测方法，其特征在于，所述步骤八中定向井射孔孔道围岩受流固耦合作用的场变量(应力场和孔隙压力场)的计算公式为：
9.根据权利要求1所述的一种定向射孔水力压裂起裂压力流固耦合预测方法，其特征在于，所述步骤九中的拉伸起裂准则：
10.根据权利要求1所述的一种定向射孔水力压裂起裂压力流固耦合预测方法，其特征在于，所述步骤九中确定定向射孔井动态起裂压力的过程为：
...【技术特征摘要】
1.一种定向射孔水力压裂起裂压力流固耦合预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种定向射孔水力压裂起裂压力流固耦合预测方法，其特征在于，所述步骤二中的水泥石和地层岩石的弹性力学参数包括弹性模量和泊松比；岩石的孔隙介质力学耦合参数包括biot有效应力系数和skempton孔隙压力系数；强度参数指岩石的抗拉强度。
3.根据权利要求1所述的一种定向射孔水力压裂起裂压力流固耦合预测方法，其特征在于，所述步骤三中的声发射实验测量地应力数据包括水平最大地应力和水平最小地应力；构造应变包括水平最大地应力和水平最小地应力方向各自的构造应变。
4.根据权利要求1所述的一种定向射孔水力压裂起裂压力流固耦合预测方法，其特征在于，所述步骤四中的测井数据包括声波时差、密度、伽马值和孔隙度。
5.根据权利要求1所述的一种定向射孔水力压裂起裂压力流固耦合预测方法，其特征在于，所述步骤五中的地应力数据包括上覆岩层压力、水平最大...
【专利技术属性】
技术研发人员：高佳佳，张佩玉，高欢，黄刘科，黄陈成，刘海龙，边庚辰，陈福志，李栓，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：
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