[發明專利]一種自支撐裂縫導流能力的數值計算方法

有效

• 申請號: 201810483072.4
• 申請日: 2018-05-18
• 公開（公告）號: CN108397184B
• 公開（公告）日: 2021-04-20
• 發明（設計）人: 盧聰;郭建春;陳遲;白翔;鄭云川;尹叢彬;茍興豪;黎俊峰;黃楚淏;鐘燁
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: E21B47/00
• 分類號: E21B47/00;E21B43/267
• 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

本發明公開了一種自支撐裂縫導流能力的數值計算方法，依次包括以下步驟：（A）對目標儲層裂縫面進行單元離散分析，建立裂縫受力變形模型，繪制裂縫應力?位移圖版；（B）利用應力?位移圖版確定目標儲層裂縫在已知閉合應力作用下的裂縫變形量；（C）對目標儲層巖板表面進行激光掃描，計算裂縫寬度矩陣；（D）根據格子玻爾茲曼方法，計算裂縫內流體粒子微團的流動速度、密度及壓力；（E）計算裂縫內流體流量Q、裂縫入口壓力P₁和裂縫出口壓力P₂；（F）使用達西公式計算裂縫導流能力。本發明原理可靠，操作簡便，能夠簡單、準確地計算自支撐裂縫的導流能力，對水力壓裂具有重要的指導意義。

技術領域

本發明涉及石油領域，尤其是頁巖清水壓裂過程中一種自支撐裂縫導流能力的數值計算方法。

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和導流能力的填砂裂縫。

清水壓裂是水力壓裂的一種形式，被廣泛應用于頁巖油氣藏的增產改造中。它具體是指在壓裂過程中不加入支撐劑(砂粒)，僅通過將低粘度的壓裂液泵入地層來產生裂縫。地下巖石性質差異較大，壓裂形成的裂縫表面一般凹凸不平，同時還會在剪切作用下發生錯位，因此即使不加入支撐劑，裂縫表面的凸點之間也可以相互支撐，形成自支撐裂縫，自支撐裂縫在地層壓力作用下仍能保持一定開啟程度，并具有一定的導流能力，從而達到改善油氣流動條件和油氣井增產的目的。因此，自支撐裂縫的導流能力是評價水力壓裂(清水壓裂)成功與否的重要指標之一。

發明內容

本發明的目的在于提供一種自支撐裂縫導流能力的數值計算方法，該方法將目標儲層頁巖加工為長方體巖樣，并劈裂分為兩個具有粗糙表面的巖板，將兩個巖板的粗糙表面錯位放置形成錯位裂縫，通過對錯位裂縫進行變形分析和數值建模，最終計算出裂縫導流能力，該方法原理可靠，操作簡便，能夠簡單、準確地計算自支撐裂縫的導流能力，對水力壓裂具有重要的指導意義。

為達到以上技術目的，本發明采用以下技術方案：對自支撐錯位裂縫的受力形態進行建模，繪制裂縫的“應力-位移”圖版，基于圖版計算裂縫受力變形后的裂縫寬度數據，再基于格子玻爾茲曼方程計算裂縫中的流體流速分布及密度分布數據，進而得到裂縫中的流體流量和壓力數據，最終利用達西公式計算出裂縫導流能力。

利用三維激光掃描儀按專利CN201510319382.9所述的方法對巖板裂縫面進行掃描，獲取裂縫表面的三維數據，并建立巖板的三維坐標系：取巖板長度方向為橫軸方向，寬度方向為縱軸方向，高度方向為豎軸方向，且橫軸和縱軸方向所在的面為水平面。

一種自支撐裂縫導流能力的數值計算方法，依次包括以下步驟：

(A)對目標儲層裂縫面進行單元離散分析，建立裂縫受力變形模型，繪制裂縫應力-位移圖版；

(B)利用步驟(A)繪制的應力-位移圖版確定目標儲層裂縫在已知閉合應力σ_f作用下的裂縫變形量Z_f；

(C)對目標儲層巖板表面進行激光掃描，基于步驟(B)計算裂縫寬度矩陣W_f；

(D)根據格子玻爾茲曼方法，利用下式計算裂縫內流體粒子微團的流速、密度及壓力數據：

式中：α—流體粒子微團的規定運動方向；α＝0，1，2……18；

—流體粒子微團在空間和時間維度上的分布函數；

—流體粒子微團在α方向上的離散速度；

δ_t—離散時間步長；