[发明专利]一种针对天然裂缝发育储层水力压裂形成复杂缝网的排量优化方法

权利要求书

1.一种针对天然裂缝发育储层水力压裂形成复杂缝网的排量优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S10、选取合适的岩心，作为实验试件，对其进行室内测试，设计好力学参数后，进行包括渗透、压裂的实验，根据岩石力学实验结果，采集得到储层的应力参数和地质物性参数，所述参数具体包括最大水平主应力σ₁，最小水平主应力σ₂，地层孔隙压力p_p，孔隙度φ，泊松比ν，Boit系数δ，岩石三轴力学测试时破坏最大拉力P，天然裂缝地层倾角β；

步骤S20、根据从步骤S10中所采集到的储层发生破裂时井底压裂液注入压力，确定地层的破裂压力；

步骤S30、根据从步骤S10中以及前期从其他同区域采集的岩心分析测试测得天然裂缝地层倾角，求得天然裂缝剪切起裂所需的破裂压力，在计算过程中也会得到孔隙流体的压力；

步骤S40、根据从步骤S30得到的孔隙流体的压力作用确定井周天然裂缝优先张开起裂的张开起裂压力；

步骤S50、根据步骤设计的射孔数及射孔参数确定射孔通道中的摩阻损失；

步骤S60、利用S50所得到的射孔通道中的摩阻损失，并根据动量定理反应的力对时间的累计效应确定压裂液高速流体作用在裂缝前端截面时产生的冲击力；

步骤S70、最后根据S60得到的不同压裂液液体流速所产生的冲击力同S20和S30求得的地层的破裂压力和天然裂缝剪切起裂所需的破裂压力进行对比，得到可以使地层破裂及天然裂缝起裂的冲击力，以此得到的压裂液液体流速即为适合的施工排量，并通过上述得到的压裂施工排量参数进行施工。

2.根据权利要求1所述的一种针对天然裂缝发育储层水力压裂形成复杂缝网的排量优化方法，其特征在于，所述步骤S20中具体确定地层的破裂压力过程为：

对于井壁岩石本体起裂，当储层岩石发生破裂时，井底压裂液注入压力即为地层的破裂压力：

破裂压力P_t1，

应力系数η，

触点孔隙度φ_c，φ_c＝φ+δ(1-φ)；

抗张强度S_t，

式中：

P_t1为破裂压力，MPa；

η为应力系数，无量纲；

φ_c为触点孔隙度，％；

S_t为抗张强度，MPa；

σ₁为最大水平主应力，MPa；

σ₂为最小水平主应力，MPa；

p_p为地层孔隙压力，MPa；

φ为孔隙度，％；

ν为泊松比，无量纲；

δ为Boit系数，无量纲；

P为试件破坏时最大拉力，N；

D为圆柱试件的直径，m；

L为圆柱试件长度，m。

3.根据权利要求2所述的一种针对天然裂缝发育储层水力压裂形成复杂缝网的排量优化方法，其特征在于，所述步骤S30中的确定过程为：

结构弱面上的正应力与剪应力分别为：

式中：

σ₁为最大主应力，MPa；

σ₂为最小主应力，MPa；

β为弱面的外法线方向与最大主应力方向夹角，°；

岩石裂缝中的弱面满足库仑剪切强度理论，其强度表达式为：

τ_f＝c+σtanα

式中：

τ_f为裂缝面的抗剪强度，MPa；

c为弱面内聚力，MPa；

α为弱面内摩擦角，°；

弱面的摩擦系数：

μ＝tanα

式中：

μ为弱面的摩擦系数，无因次；

通过上式整理得到岩石裂缝沿弱面产生剪切破坏的临界条件为：

通过分析求得含弱面岩体最小强度值对应的倾角：

代入上式得到最小弱面剪切破坏强度公式：