[发明专利]一种考虑压裂液压缩性的地层起裂压力预测方法

说明书

本发明提供了一种考虑压裂液压缩性的地层起裂压力预测方法，属于页岩气开发技术领域。该方法包括：S1：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；S2：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；S3：反演地层起裂时间及井口起裂压力。本发明建立了憋压过程中井筒压力场及速度场的计算模型，在此基础上，结合岩石力学等相关知识，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，在一定程度上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进一步的理论基础及设计依据。

技术领域

本发明属于页岩气开发技术领域，具体涉及一种考虑压裂液压缩性的地层起裂压力预测方法。

背景技术

我国页岩气资源丰富。经初步评价，我国陆域页岩气地质资源潜力为134.42万亿立方米，可采资源潜力为25.08万亿立方米(不含青藏区)。但是页岩基质渗透率低，低孔低渗，需通过水力压裂作业才可以获得工业性气流。目前，我国常规压裂方式为水平分段多簇射孔压裂，该方法由于操作简单，工艺相对比较成熟，目前已广泛应用于我国页岩气资源开发中。

但是，在深层、超深层页岩气储层水力压裂作业中发现，部分地区由于埋藏较深，岩石致密，闭合压力高，导致破裂压力极高，施工极为困难，给页岩气储层改造带来了极大的困难。因此，需要从页岩气储层的物理及力学性质出发，探讨高破裂压力的形成原因及降低手段。页岩气井水力压裂裂缝起裂的预测模型，显得尤为重要。

针对此，不少学者对起裂压力的预测模型展开了研究。研究方法主要基于解析法、有限元法、边界元法等，例如，中国专利公开文献CN107609258B公开了一种页岩重复压裂转向裂缝起裂压力的计算方法，其技术方案与本发明适用范围存在区别；中国专利公开文献CN106555575A公开了一种深层页岩的地层起裂压力的计算方法，其在计算中未考虑流体压裂液、粘度、降阻率等对起裂压力的影响，在预测起裂时间及起裂压力上具有一定的技术局限性；中国专利公开文献CN107587867B公开了一种提升页岩缝网复杂度的重复压裂工艺设计方法，其技术方案与本发明适用范围存在区别。

另外，大部分模型均将孔眼及井筒内压力的加载方式简化为恒定压力，实际上，在压裂初期，井筒内压力并不是立刻升高，而是逐步上升，其增压速率受压裂液排量、粘度及压缩性影响，并直接影响页岩气井的起裂压力及起裂时间。因此，现有的页岩气井起裂压力预测模型难以直接考虑排量、粘度等压裂液参数对起裂压力的影响，故在预测起裂压力及时间上具有一定的技术局限性，有必要建立一个考虑井筒压裂液压缩性的起裂压力计算模型。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种考虑压裂液压缩性的地层起裂压力预测方法，实现对页岩气井水力压裂的起裂压力及起裂时间的预测。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明方法包括以下步骤：

S1：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；

S2：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；

S3：反演地层起裂时间及井口起裂压力。

所述步骤S1中的建立井筒压裂液流动的离散化井筒模型的操作包括：

沿套管轴向将套管等距离划分为n个井筒微元段，每个井筒微元段长度为Δz_i；第一个井筒微元段对应井口，第n个井筒微元段对应井底；

建立井筒压裂液流动的离散化井筒模型如下：