[發明專利]一種針對天然裂縫發育儲層水力壓裂形成復雜縫網的排量優化方法

在審

• 申請號: 202010085647.4
• 申請日: 2020-02-11
• 公開（公告）號: CN111271042A
• 公開（公告）日: 2020-06-12
• 發明（設計）人: 盧聰;郭建春;李欣陽;孟憲波;杜振京;劉彥輝;周廣清;馬蒞;羅揚
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: E21B43/267
• 分類號: E21B43/267;E21B49/00
• 代理公司: 北京中索知識產權代理有限公司 11640
• 代理人: 房立普

1.一種針對天然裂縫發育儲層水力壓裂形成復雜縫網的排量優化方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟S10、選取合適的巖心，作為實驗試件，對其進行室內測試，設計好力學參數后，進行包括滲透、壓裂的實驗，根據巖石力學實驗結果，采集得到儲層的應力參數和地質物性參數，所述參數具體包括最大水平主應力σ₁，最小水平主應力σ₂，地層孔隙壓力p_p，孔隙度φ，泊松比ν，Boit系數δ，巖石三軸力學測試時破壞最大拉力P，天然裂縫地層傾角β；

步驟S20、根據從步驟S10中所采集到的儲層發生破裂時井底壓裂液注入壓力，確定地層的破裂壓力；

步驟S30、根據從步驟S10中以及前期從其他同區域采集的巖心分析測試測得天然裂縫地層傾角，求得天然裂縫剪切起裂所需的破裂壓力，在計算過程中也會得到孔隙流體的壓力；

步驟S40、根據從步驟S30得到的孔隙流體的壓力作用確定井周天然裂縫優先張開起裂的張開起裂壓力；

步驟S50、根據步驟設計的射孔數及射孔參數確定射孔通道中的摩阻損失；

步驟S60、利用S50所得到的射孔通道中的摩阻損失，并根據動量定理反應的力對時間的累計效應確定壓裂液高速流體作用在裂縫前端截面時產生的沖擊力；

步驟S70、最后根據S60得到的不同壓裂液液體流速所產生的沖擊力同S20和S30求得的地層的破裂壓力和天然裂縫剪切起裂所需的破裂壓力進行對比，得到可以使地層破裂及天然裂縫起裂的沖擊力，以此得到的壓裂液液體流速即為適合的施工排量，并通過上述得到的壓裂施工排量參數進行施工。

2.根據權利要求1所述的一種針對天然裂縫發育儲層水力壓裂形成復雜縫網的排量優化方法，其特征在于，所述步驟S20中具體確定地層的破裂壓力過程為：

對于井壁巖石本體起裂，當儲層巖石發生破裂時，井底壓裂液注入壓力即為地層的破裂壓力：

破裂壓力P_t1，

應力系數η，

觸點孔隙度φ_c，φ_c＝φ+δ(1-φ)；

抗張強度S_t，

式中：

P_t1為破裂壓力，MPa；

η為應力系數，無量綱；

φ_c為觸點孔隙度，％；

S_t為抗張強度，MPa；

σ₁為最大水平主應力，MPa；

σ₂為最小水平主應力，MPa；

p_p為地層孔隙壓力，MPa；

φ為孔隙度，％；

ν為泊松比，無量綱；

δ為Boit系數，無量綱；

P為試件破壞時最大拉力，N；

D為圓柱試件的直徑，m；

L為圓柱試件長度，m。

3.根據權利要求2所述的一種針對天然裂縫發育儲層水力壓裂形成復雜縫網的排量優化方法，其特征在于，所述步驟S30中的確定過程為：

結構弱面上的正應力與剪應力分別為：

式中：

σ₁為最大主應力，MPa；

σ₂為最小主應力，MPa；

β為弱面的外法線方向與最大主應力方向夾角，°；

巖石裂縫中的弱面滿足庫侖剪切強度理論，其強度表達式為：

τ_f＝c+σtanα

式中：

τ_f為裂縫面的抗剪強度，MPa；

c為弱面內聚力，MPa；

α為弱面內摩擦角，°；

弱面的摩擦系數：

μ＝tanα

式中：

μ為弱面的摩擦系數，無因次；

通過上式整理得到巖石裂縫沿弱面產生剪切破壞的臨界條件為：

通過分析求得含弱面巖體最小強度值對應的傾角：

代入上式得到最小弱面剪切破壞強度公式：