[发明专利]一种裂缝穿越海陆过渡相岩性界面偏转角计算方法

权利要求书

1.一种裂缝穿越海陆过渡相岩性界面偏转角计算方法，其特征在于，包括：

步骤S10、计算海陆过渡相页岩i层水平井压裂形成水力裂缝延伸过程中，其裂缝尖端周围应力场分布，并根据裂缝转向方程计算水平井段所在层的水力裂缝延伸偏转角；

步骤S20、基于步骤S1中计算得到第i层的水力裂缝延伸偏转角，建立裂缝穿越岩性界面偏转角度数学模型；

步骤S30、基于弹性力学弹性体应变能理论、裂缝穿越岩性界面偏转角度数学模型，计算水力裂缝在第i层中延伸至岩性界面时岩石破裂裂缝尖端所需的第i层弹性应变能，以及裂缝穿越岩性界面延伸至下一层j层时岩石破裂裂缝尖端所需的第j层弹性应变能；

步骤S40、基于岩石破坏过程中能量变化，计算岩石发生破裂前岩石弹性能所占权重系数，进而得出岩石发生破裂所需的岩石破裂能量，再根据能量守恒原理，计算出穿层后偏转角；

所述步骤S10中裂缝尖端周围应力场分布计算公式为：

式中：σ_r为裂缝尖端径向应力，MPa；σ_θ为裂缝尖端周向应力，MPa；τ_rθ为裂缝尖端切向应力，MPa；r，θ为裂缝尖端附近点极坐标，m；K_Ⅰ、K_Ⅱ为第一、第二类应力强度因子，MPa·m^1/2；

所述步骤S10中水力裂缝延伸偏转角的计算公式为：

K_Isinθ_HF+K_II(3cosθ_HF-1)＝0

式中：D_n、D_s为裂缝尖端元法向、切向应变，m；θ_HF为水力裂缝延伸转向角，°；G为储层岩石剪切模量，GPa；a为单层DDM模型离散裂缝单元长度一半，m；K_Ⅰ、K_Ⅱ为第一、第二类应力强度因子，MPa·m^1/2；

所述步骤S20中裂缝穿越岩性界面偏转角度数学模型为：

式中：L为裂缝穿越岩性界面水平方向微小变化，m；ε_zi为第i层裂缝沿水平方向变化后微元线应变，ε_zj为第j层裂缝沿水平方向变化后微元线应变，θ₁为裂缝在第i层转向角，θ₂为裂缝在第j层偏转角。

所述步骤S30中第i层弹性应变能的计算公式为：

式中：E_i为第i层的岩石杨氏模量，GPa；μ_i为第i层的岩石泊松比，无量纲；V_εi为第i层弹性应变能；θ₁为裂缝在第i层转向角；L为裂缝穿越岩性界面水平方向微小变化；

所述步骤S30中第j层弹性应变能的计算公式为：

式中：E_j为第j层的岩石杨氏模量，GPa；μ_j为第j层的岩石泊松比，无量纲；V_εj为第j层弹性应变能；θ₁为裂缝在第j层偏转角；L为裂缝穿越岩性界面水平方向微小变化；

所述步骤S40中权重系数的计算公式为：

式中：A_i为第i层弹性能所占权重；S1_i为第i层岩石内部结构黏聚力破坏能量；S2_i为第i层岩石弹性能；A_j为第j层弹性能所占权重；S1_j为第j层岩石内部结构黏聚力破坏能量；S2_j为第j层岩石弹性能；

所述步骤S40中岩石破裂能量的计算公式为：

式中：A_i为第i层弹性能所占权重；A_j为第j层弹性能所占权重；θ₁为裂缝在第i层转向角；θ₂为裂缝在第j层偏转角；E_i为第i层的岩石杨氏模量；L为裂缝穿越岩性界面水平方向微小变化；E_j为第j层的岩石杨氏模量；μ_i为第i层的岩石泊松比；V_εi为第i层弹性应变能；μ_j为第j层的岩石泊松比，无量纲；V_εj为第j层弹性应变能；U_i为第i层岩石破裂能量；U_j为第j层岩石破裂能量；

所述步骤S40中出穿层后偏转角的计算公式为：

式中：A_i为第i层弹性能所占权重；A_j为第j层弹性能所占权重；θ₁为裂缝在第i层转向角；θ₂为裂缝在第j层偏转角；E_i为第i层的岩石杨氏模量；E_j为第j层的岩石杨氏模量；μ_i为第i层的岩石泊松比；μ_j为第j层的岩石泊松比，无量纲。