[發明專利]一種粗糙裂縫流道復雜程度的評價方法

有效

• 申請號: 201610538599.3
• 申請日: 2016-07-11
• 公開（公告）號: CN105929117B
• 公開（公告）日: 2018-04-20
• 發明（設計）人: 盧聰;郭建春;許鑫;陳滔;羅楊
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: G01N33/00
• 分類號: G01N33/00
• 代理公司: 成都金英專利代理事務所(普通合伙)51218
• 代理人: 袁英

技術領域

本發明涉及石油工程領域水力壓裂過程中一種粗糙裂縫流道復雜程度的評價方法。

背景技術

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、允許流體流動的填砂裂縫。

清水壓裂是水力壓裂的一種形式，被廣泛應用于致密砂巖、頁巖等油氣藏的增產改造中。它的特點是不加入支撐劑，僅通過泵入低粘度壓裂液，在儲層中產生粗糙裂縫。由于形成的裂縫表面凹凸不平，即使不加入支撐劑，表面凸起也可以相互支撐，使裂縫在閉合壓力的作用下保持一定的裂縫開度，以此為流體提供流動通道，達到改善油氣流動條件和油氣井增產的目的。因此，清水壓裂的主要任務是在油氣儲層中制造具有一定開度的粗糙裂縫。

裂縫開度指裂縫同一位置處上、下兩表面的高度之差。粗糙裂縫的開度并不是處處相等，不同位置處裂縫開度差別很大。這就導致裂縫流道彎曲變形十分復雜，而流道的復雜程度則直接影響了縫內流體流動的阻力。在相同的裂縫平均開度下，流道越復雜，流體流動的阻力就越大。因此準確地評價流道復雜程度對清水壓裂施工參數優化研究具有重要意義。

分形幾何是一門以不規則幾何形態為研究對象的幾何學，幾何形態的不規則程度可以由分形維數表征。按照分形幾何的理論，曲面的維度介于二維的平面和三維的立體之間，即分形維數介于2～3。分形維數越大，表明曲面越不規則，彎曲變化越劇烈。目前廣泛采用立方體覆蓋法計算曲面的分形維數，該方法是一種純幾何意義上的計算方法，計算結果準確可靠。

目前對于粗糙裂縫內流道復雜程度的描述和評價方法，國內外的研究工作仍處于起步階段，研究成果主要是對粗糙裂縫表面進行描述和評價，缺乏直接評價流道復雜程度的手段。同時，由于流道的彎曲變形隨機性極強，很難描述，故對粗糙裂縫內流道復雜程度的描述和評價工作尚不夠全面，不夠精細。

發明內容

本發明的目的在于提供一種粗糙裂縫流道復雜程度的評價方法，該方法原理可靠，操作簡便，能夠為壓裂施工參數的優選提供指導，具有廣闊的市場前景。

為達到以上技術目的，本發明提供以下技術方案。

本發明利用三維激光掃描儀獲取裂縫兩個粗糙面的三維數據，計算裂縫不同位置處的開度。采用立方體覆蓋法，計算裂縫開度的分形維數，最后基于分形維數對流道粗糙程度進行分類和評價。

一種粗糙裂縫流道復雜程度的評價方法，依次包括以下步驟：

(A)將巖石樣品加工成長方體巖板，把兩個尺寸相同的巖板的粗糙面相互接觸，形成一塊中間帶有粗糙裂縫的樣板，測量樣板的高度h。

(B)利用三維激光掃描儀分別對步驟(A)中裂縫的兩個粗糙面進行掃描，獲取粗糙面的三維數據。

(C)利用步驟(A)中的樣板高度h和步驟(B)中得到的三維數據計算不同位置處的裂縫開度W(x,y)。

(D)根據步驟(C)中計算所得的W(x,y)，采用立方體覆蓋法計算裂縫開度的分形維數D。

(E)利用步驟(D)中得到的分形維數D，對流道復雜程度分類如下：

(1)當D＝2.0時，屬于絕對光滑流道。裂縫開度處處相等，流道未發生彎曲變形，流體在此類流道中流動時阻力最小。但由于真實裂縫表面凹凸不平，因此絕對光滑形態的流道在現實施工中是不可能出現的。

(2)當2.0<D≤2.1時，屬于低等復雜程度流道。裂縫開度變化不大，兩個裂縫面之間存在少量點狀接觸。流體在此類流道中流動時，阻力較小，可將粗糙裂縫簡化為平均開度相同的、絕對光滑的裂縫。故此類流道為粗糙裂縫內最佳的流道類型。

(3)當2.1<D≤2.3時，屬于中等復雜程度流道。裂縫開度發生明顯變化，兩個裂縫面之間出現少量條帶狀接觸。但在非接觸區域內，裂縫開度變化較小。流體在此類流道內流動時，會出現局部繞流現象，但整體上仍保持流動方向不變。此類流道形態會造成不可忽略的流動阻力，故中等復雜程度流道的過流能力低于上述流道類型。

(4)當2.3<D≤2.4時，屬于高等復雜程度流道。裂縫開度劇烈變化，在裂縫內部隨處可見點狀、條帶狀接觸。在非接觸區域，裂縫開度變化明顯。流體在此類流道內流動時，需繞過大量接觸物，產生復雜的三維流動。此類流道形態會產生較大的流動阻力，故高等復雜程度流道為最不理想的流道類型。