[发明专利]水力压裂裂缝在页岩储层天然裂缝界面扩展判识方法

说明书

本发明提供一种水力压裂裂缝在页岩储层天然裂缝界面扩展判识方法，属于页岩油气开发技术领域。该方法对于特定的页岩储层待压裂井，通过试井分析手段，测定储层各个方向主应力大小，通过室内试验测定页岩压裂层段地质力学参数，计算确定水力压裂裂缝扩展速度、页岩储层裂缝尖端应力强度因子、复合能量释放率、储层临界断裂韧度等，最终确定裂缝的断裂或者扩展形态。该方法对现有的水力压裂裂缝扩展模型进行了修正与完善，可以更为精确的判断水力裂缝在天然裂缝界面处的扩展行为，弥补了现有裂缝扩展模型在预测页岩储层天然裂缝界面处扩展行为的不足。

技术领域

本发明涉及页岩油气开发水力压裂裂缝控制技术领域，特别是指一种水力压裂裂缝在页岩储层天然裂缝界面扩展判识方法。

背景技术

在进行页岩油气开发，储层水力压裂过程中，裂缝几何形态对后期产能的影响尤为关键。裂缝几何形态的预测关系到压裂施工方案的设计与优化，因此有必要建立精确的页岩储层压裂裂缝断裂与扩展数学模型。

国内外压裂裂缝数值计算模型研究的发展过程，从简单到复杂，从二维到三维，所考虑因素越来越全面。已经综合考虑了裂缝高度增长、与时间和温度有关的流体流变性、各种滤失机理、桥塞和脱砂、近井地带裂缝延伸受限产生的压降、孔眼磨蚀、二维支撑剂运移以及热传递等因素。

但是，现有的水力压裂数值模型在裂缝起裂与扩展判据方面主要针对的是常规砂岩储集层，而页岩储层是孔道狭小、各向异性突出且含有复杂天然裂缝、节理等弱面的非均质材料。天然裂缝的存在，导致人工裂缝在延伸过程中受到影响，人工裂缝在天然裂缝存在条件下的扩展需要不同于常规砂岩储集层的起裂与扩展判据。因此，建立合适的各向异性页岩储层的本构模型及其起裂、分叉准则是进行裂缝扩展数值模拟的基础。

针对目前水力压裂页岩储层，裂缝扩展模型中存在的不足，需要采用一种改进的、完善的页岩储层压裂裂缝起裂与扩展形态预测方法，以期更加精确、更加合理地进行页岩储层裂缝形态的预测。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种水力压裂裂缝在页岩储层天然裂缝界面扩展判识方法，克服页岩油气藏水力压裂开发过程中，当人工裂缝遇到天然裂缝时，常规数值模型无法精确判断裂缝在天然裂缝地质界面处进一步发展形态的问题。该方法依据岩石断裂力学相关知识，主要增加了裂缝扩展速度、储层温度对裂缝尖端应力强度因子、复合能量释放率以及裂缝临界断裂韧性的影响，从而建立了新的裂缝起裂与扩展判识方法。通过所述准则可以更加精确描述页岩储层天然裂缝界面处水力裂缝的起裂与扩展问题，从而解决了原有的裂缝扩展判识标准中裂缝扩展动态因素考虑不足的缺陷，更加接近实际开裂情况。

该方法包括步骤如下：

(1)对于特定的页岩储层待压裂井，通过试井分析手段，测定储层各个方向主应力大小，其中，主应力包括：储层最大水平主应力σ_H、储层最小水平主应力σ_h和储层纵向主应力σ_v；通过室内试验测定页岩压裂层段地质力学参数，其中，地质力学参数包括：页岩压裂层段杨氏模量E、岩层泊松比ν、岩层比表面能γ、岩层内摩擦角岩层内聚力C、岩石的骨架压缩率C_r、岩石的体积压缩率C_b和水平方向上岩石的抗拉强度

(2)计算确定水力压裂裂缝扩展速度v；

(3)计算页岩储层裂缝尖端应力强度因子K_I(t,l,0)；

(4)根据步骤(3)所得的储层裂缝尖端应力强度因子及步骤(2)所得的裂缝扩展速度，计算页岩储层裂缝尖端复合动态应力强度因子K_I(t,l,v)；

(5)根据步骤(4)中所得的裂缝尖端复合动态应力强度因子，计算页岩储层水力压裂裂缝尖端处动态能量释放率G；