一種縫內暫堵條件下天然裂縫開啟時機的獲取方法技術

本發明專利技術公開一種縫內暫堵條件下天然裂縫開啟時機的獲取方法，包括以下步驟：根據現場地質資料得到地層物性參數；再將水力裂縫劃分為長度相等的N個單元體并依次編號，即每個單元體的長度為L/N；同時以縫內暫堵時刻作為初始時刻t0，將總計算時間t劃分為間隔相同的m個時間節點，相鄰時間節點的間隔時間為t/m；計算初始時刻水力裂縫內各個單元體的寬度；計算第k個時間節點水力裂縫內流體壓力；再計算第k個時間節點水力裂縫上、下兩側天然裂縫入口處所受閉合應力；判斷準則進行判斷天然裂縫是否開啟。本發明專利技術原理可靠，計算精度高，能夠精確計算出縫內暫堵轉向壓裂過程中天然裂縫的開啟時機，進而為壓裂方案設計提供有效指導。

A Method for Obtaining the Opening Time of Natural Fractures under Temporary Closure in Fractures

【技術實現步驟摘要】
一種縫內暫堵條件下天然裂縫開啟時機的獲取方法
本專利技術涉及一種縫內暫堵條件下天然裂縫開啟時機的獲取方法，屬于石油天然氣勘探開發領域。
技術介紹
水力壓裂技術是低滲透油氣藏增產改造的重要措施。水力壓裂是利用地面高壓泵組，以超過地層吸收能力的排量將壓裂液泵入地層來產生水力裂縫，然后繼續注入帶有支撐劑(砂粒)的壓裂液，使裂縫繼續延伸并在其中充填支撐劑，當壓裂液返排后，在地層壓力作用下，支撐劑在裂縫中起到支撐裂縫的作用，阻止裂縫閉合，從而在地層中形成具有一定長度和流動能力的填砂裂縫。縫內暫堵轉向壓裂是水力壓裂的一種形式，具體是指在壓裂過程中泵入暫堵劑對水力裂縫尖端進行暫時封堵，人為限制水力裂縫尖端向前延伸，迫使水力裂縫內部流體壓力大幅上升，進而開啟水力裂縫周圍的天然裂縫，達到增加壓裂改造范圍的目的。因此，準確獲取縫內暫堵條件下天然裂縫開啟時機對于天然裂縫延伸過程預測和暫堵轉向壓裂工藝設計具有十分重要的意義。暫堵失效是指壓裂過程中水力裂縫內部壓裂液突破尖端暫堵區域，導致暫堵段失去封堵作用，水力裂縫繼續沿原路徑向前延伸的現象；一般暫堵失效發生的條件為暫堵段兩側壓力之差達到臨界值，該臨界值也被稱為暫堵強度，由暫堵劑本身性質所決定。天然裂縫是相對于人工裂縫而言的，指的是地層中由于地殼運動或其它自然因素而天然存在的一類裂縫。在水力壓裂過程中，當水力裂縫向前延伸時通常會與天然裂縫相遇，此時存在兩種可能情況：水力裂縫直接穿過天然裂縫沿原路徑向前延伸，或水力裂縫沿天然裂縫所在路徑向前延伸；縫內暫堵轉向壓裂主要適用于第一種情況，即當水力裂縫穿過天然裂縫后天然裂縫仍然保持閉合，隨后通過泵入暫堵劑提升水力裂縫內部流體壓力，進而迫使天然裂縫開啟。另外，根據水力裂縫與天然裂縫相交時的相對位置，可將相交過程劃分為兩種類型：正交(垂直相交)和非正交。誘導應力是指當材料某一位置受外力作用時，材料其它位置因抵抗該外力而誘發產生的作用力。針對水力壓裂而言，在壓裂過程中水力裂縫長度和寬度不斷增加，其對周圍巖石的擠壓作用也不斷增強，導致巖石內部所產生的誘導應力不斷增大，該誘導應力也將間接影響天然裂縫的開啟過程。針對水力壓裂過程中天然裂縫開啟時機的獲取方法，國內外學者已經做了許多相關研究，但大多數只針對于水力裂縫尖端與天然裂縫相遇時刻進行開啟判斷，沒有具體分析當水力裂縫穿過天然裂縫之后，在尖端實施暫堵情況下天然裂縫的開啟時機；同時，針對水力裂縫與天然裂縫非正交情況，學者們僅直接假設水力裂縫某一側的天然裂縫將發生開啟，未將兩側天然裂縫的受力情況進行對比，因此這些方法都不能很好地反映縫內暫堵條件下天然裂縫的實際開啟過程。
技術實現思路
本專利技術主要是克服現有技術中的不足之處，提出一種縫內暫堵條件下天然裂縫開啟時機的獲取方法，該方法原理可靠，計算精度高，能夠精確計算出縫內暫堵轉向壓裂過程中天然裂縫的開啟時機，進而為壓裂方案設計提供有效指導。本專利技術解決上述技術問題所提供的技術方案是：一種縫內暫堵條件下天然裂縫開啟時機的獲取方法，包括以下步驟：步驟S10、根據現場地質資料得到地層物性參數，并測得水力裂縫的縫長L；步驟S20、再將水力裂縫劃分為長度相等的N個單元體并依次編號，即每個單元體的長度為L/N；同時以縫內暫堵時刻作為初始時刻t0，將總計算時間t劃分為間隔相同的m個時間節點，相鄰時間節點的間隔時間為t/m；步驟S30、計算初始時刻水力裂縫內各個單元體的寬度；步驟S40、計算第k個時間節點水力裂縫內流體壓力；步驟S50、再計算第k個時間節點水力裂縫上、下兩側天然裂縫入口處所受閉合應力；步驟S60、基于上述步驟S40和S50的計算結果，通過以下判斷準則進行判斷天然裂縫是否開啟；若開啟，則時間節點k所對應的時刻t0+kt/m就是天然裂縫的開啟時刻；若未開啟，則令k＝k+1，重復步驟S40-S50，直至天然裂縫開啟或暫堵段失效；所述判斷準則為：式中：Pk為第k個時間節點水力裂縫內流體壓力，MPa；為上側天然裂縫入口處所受閉合應力，MPa；為下側天然裂縫入口處所受閉合應力，MPa；Pc為暫堵段封堵強度，MPa；Pr為地層流體壓力，MPa。進一步的技術方案是，所述步驟S30的計算公式為：式中：p0為初始時刻水力裂縫內流體壓力，MPa；σh為地層最小水平主應力，MPa；G為地層巖石剪切模量，MPa；υ為地層巖石泊松比，無因次；L為水力裂縫總長度，m；N為水力裂縫所劃分的單元體數量，個；dij為裂縫單元i與裂縫單元j中點之間的距離，m；H為水力裂縫高度，m；α，β分別為經驗系數，取α＝1，β＝2.3；i，j為水力裂縫單元體編號；Wi0為第i個水力裂縫單元體在初始時刻的寬度，m。進一步的技術方案是，所述步驟40的具體計算過程為：步驟S401、根據下式計算第k個時間節點水力裂縫內預估流體壓力；式中：p0為初始時刻水力裂縫內流體壓力，MPa；pk-1為第(k-1)時刻水力裂縫內的實際流體壓力；為第k個時間節點水力裂縫內預估流體壓力，MPa；步驟S402、根據上述計算得到的預估流體壓力和下式計算第k個時間節點水力裂縫各單元體的預估寬度；式中：為第k個時間節點水力裂縫內預估流體壓力，MPa；σh為地層最小水平主應力，MPa；G為地層巖石剪切模量，MPa；υ為地層巖石泊松比，無因次；L為水力裂縫總長度，m；N為水力裂縫所劃分的單元體數量，個；dij為裂縫單元i與裂縫單元j中點之間的距離，m；H為水力裂縫高度，m；α，β分別為經驗系數，取α＝1，β＝2.3；i，j為水力裂縫單元體編號；為第k個時間節點水力裂縫各單元體的預估寬度，m；步驟S403、通過下式計算預估寬度的誤差α；式中：為第k個時間節點水力裂縫各單元的預估寬度，m；Wik-1為第k-1個時間節點水力裂縫各單元的寬度，m；H為水力裂縫高度，m；L為水力裂縫總長度，m；N為水力裂縫所劃分的單元體數量，個；Q為縫內暫堵后壓裂液的泵注排量，m3/s；Δt為相鄰時間節點的間隔時間，s；i為水力裂縫單元體編號；α為誤差；步驟S404、設定求解精度ε，將上述得到的誤差α與求解精度ε進行比較；若α≤ε，則步驟S402和步驟S403中計算得到的分別為第k個時間節點水力裂縫內流體壓力和各個單元體的寬度；若α＞ε，則采用下式重新預估流體壓力并重復步驟402-步驟404，直至滿足α≤ε；式中：ε為求解精度；為第k個時間節點水力裂縫內預估流體壓力，MPa；α為誤差。進一步的技術方案是，所述步驟S50的計算公式為：式中：為第k個時間節點水力裂縫上側天然裂縫入口處所受閉合應力，MPa；為第k個時間節點水力裂縫下側天然裂縫入口處所受閉合應力，MPa；σH為地層最大水平主應力，MPa；σh為地層最小水平主應力，MPa；ω為水力裂縫與天然裂縫之間的夾角，度；dui為上側天然裂縫入口單元中點與水力裂縫單元i中點之間的距離，m；dli為下側天然裂縫入口單元中點與水力裂縫單元i中點之間的距離，m；H為水力裂縫高度，m；α，β為經驗系數，取α＝1，β＝2.3；Wik為第k個時間節點水力裂縫單元體i的寬度，m；Cui，Cli分別為上側和下側天然裂縫入口單元體相對于水力裂縫單元體i的形狀系數。進一步的技術方案是，所述上側、下側天然裂縫入口單元體相對于水力裂縫單元體i本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種縫內暫堵條件下天然裂縫開啟時機的獲取方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟S10、根據現場地質資料得到地層物性參數，并測得水力裂縫的縫長L；步驟S20、再將水力裂縫劃分為長度相等的N個單元體并依次編號，即每個單元體的長度為L/N；同時以縫內暫堵時刻作為初始時刻t0，將總計算時間t劃分為間隔相同的m個時間節點，相鄰時間節點的間隔時間為t/m；步驟S30、計算初始時刻水力裂縫內各個單元體的寬度；步驟S40、計算第k個時間節點水力裂縫內流體壓力；步驟S50、再計算第k個時間節點水力裂縫上、下兩側天然裂縫入口處所受閉合應力；步驟S60、基于上述步驟S40和S50的計算結果，通過以下判斷準則進行判斷天然裂縫是否開啟；若開啟，則時間節點k所對應的時刻t0+kt/m就是天然裂縫的開啟時刻；若未開啟，則令k＝k+1，重復步驟S40?S50，直至天然裂縫開啟或暫堵段失效；所述判斷準則為：

【技術特征摘要】
1.一種縫內暫堵條件下天然裂縫開啟時機的獲取方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟S10、根據現場地質資料得到地層物性參數，并測得水力裂縫的縫長L；步驟S20、再將水力裂縫劃分為長度相等的N個單元體并依次編號，即每個單元體的長度為L/N；同時以縫內暫堵時刻作為初始時刻t0，將總計算時間t劃分為間隔相同的m個時間節點，相鄰時間節點的間隔時間為t/m；步驟S30、計算初始時刻水力裂縫內各個單元體的寬度；步驟S40、計算第k個時間節點水力裂縫內流體壓力；步驟S50、再計算第k個時間節點水力裂縫上、下兩側天然裂縫入口處所受閉合應力；步驟S60、基于上述步驟S40和S50的計算結果，通過以下判斷準則進行判斷天然裂縫是否開啟；若開啟，則時間節點k所對應的時刻t0+kt/m就是天然裂縫的開啟時刻；若未開啟，則令k＝k+1，重復步驟S40-S50，直至天然裂縫開啟或暫堵段失效；所述判斷準則為：式中：Pk為第k個時間節點水力裂縫內流體壓力，MPa；為上側天然裂縫入口處所受閉合應力，MPa；為下側天然裂縫入口處所受閉合應力，MPa；Pc為暫堵段封堵強度，MPa；Pr為地層流體壓力，MPa。2.根據權利要求1所述的一種縫內暫堵條件下天然裂縫開啟時機的獲取方法，其特征在于，所述步驟S30的計算公式為：式中：p0為初始時刻水力裂縫內流體壓力，MPa；σh為地層最小水平主應力，MPa；G為地層巖石剪切模量，MPa；υ為地層巖石泊松比，無因次；L為水力裂縫總長度，m；N為水力裂縫所劃分的單元體數量，個；dij為裂縫單元i與裂縫單元j中點之間的距離，m；H為水力裂縫高度，m；α，β分別為經驗系數，取α＝1，β＝2.3；i，j為水力裂縫單元體編號；Wi0為第i個水力裂縫單元體在初始時刻的寬度，m。3.根據權利要求1所述的一種縫內暫堵條件下天然裂縫開啟時機的獲取方法，其特征在于，所述步驟40的具體計算過程為：步驟S401、根據下式計算第k個時間節點水力裂縫內預估流體壓力；式中：p0為初始時刻水力裂縫內流體壓力，MPa；pk-1為第(k-1)時刻水力裂縫內的實際流體壓力；為第k個時間節點水力裂縫內預估流體壓力，MPa；步驟S402、根據上述計算得到的預估流體壓力和下式計算第k個時間節點水力裂縫各單元體的預估寬度；式中：為第k個時間節點水力裂縫內預估流體壓力，MPa；σh為地層最小水平主應力，MPa；G為地層巖石剪切模量，MPa；υ為地層巖石泊松比，無因次；L為水力裂縫總長度，m；N為水力裂縫所劃分的單元體數量，個；dij為裂縫單元i與裂縫單元j中點之間的距離，m；H為水力裂縫高度，m；α，β分別為經驗系數，取α＝1，β＝2.3；i，j為水力裂縫單元體編號；為第k個時間節點水力裂縫各單元體的預估寬度，m；步驟S403、通過下式計算預估寬度的誤差α；式中：為第k個時間節點水力裂縫各單元的預估寬度，m；Wik-1為第k-1個時間節點水力裂縫各單元的寬度，m；H為水力裂縫高度，m；L為水力裂縫總長度，m；N為水力裂縫所劃分的單元體數量，個；Q為縫內暫堵后壓裂液的泵注排量，m3/s；Δt為相鄰時間節點的間隔時間，s；i為水力裂縫單元體編號；α為誤差；步驟S404、設定求解精度ε，將上述得到...

【專利技術屬性】
技術研發人員：盧聰，郭建春，羅揚，錢斌，李美平，尹叢彬，鄭云川，任勇，鐘燁，陳遲，肖勇軍，何先君，
申請(專利權)人：西南石油大學，
類型：發明
國別省市：四川,51