[發明專利]研究水力壓裂復雜縫網微裂縫相互作用機理的試驗方法

有效

• 申請號: 202011231645.8
• 申請日: 2020-11-06
• 公開（公告）號: CN112343589B
• 公開（公告）日: 2023-03-24
• 發明（設計）人: 張曉平;張旗;孫偉
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: E21B49/00
• 分類號: E21B49/00;E21B43/26
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 胡甜甜

1.一種研究水力壓裂復雜縫網微裂縫相互作用機理的試驗方法，其特征在于：包括如下步驟：

1)選擇頁巖巖樣；

2)鉆孔，設置不同射孔間距；

3)在不同射孔間距及不同壓裂順序組合條件下注水壓裂；要求高水壓，低流量注入孔內；生成的復雜網絡隨著時間變化水力壓裂裂縫的生長模式，所述生成包括：使水力壓裂裂縫從井眼延伸并進入地下地層的裂縫網絡中，以形成包括天然裂縫和水力壓裂裂縫的水力壓裂網絡；在所述延伸之后確定水力壓裂裂縫的水力壓裂參數；

4)在注水的同時，CT實時掃描記錄巖樣內部裂縫的變化：

CT實時掃描，在注水壓裂過程中，全面追蹤裂縫擴展跡線，記錄巖樣內部微裂縫的變化，研究不同壓裂順序及不同射孔間距布置的組合條件下的過程；所述過程包括合并、積聚、貫通、匯集及起裂；

5)結合壓后裂縫形態，分析縫間距、施工排量，壓裂液黏度對裂縫形態擴展行為的影響；

6)根據CT實時影像，描述復雜縫網微裂縫相互作用的機理；

還包括7)如果所述水力壓裂裂縫遇到其他的裂縫，則確定在所遇到的其他裂縫處的交叉特性，闡述縫網微裂縫相互作用機理。

2.根據權利要求1所述的研究水力壓裂復雜縫網微裂縫相互作用機理的試驗方法，其特征在于：所述水力壓裂網絡的壓裂應力比作用在遇到的裂縫上的應力更大，裂縫生長模式沿著遇到的裂縫擴展。

3.根據權利要求2所述的研究水力壓裂復雜縫網微裂縫相互作用機理的試驗方法，其特征在于：所述裂縫生長模式沿著遇到的裂縫持續擴展，直到達到天然裂縫的端部。

4.根據權利要求3所述的研究水力壓裂復雜縫網微裂縫相互作用機理的試驗方法，其特征在于：所述裂縫生長模式在天然裂縫的端部改變方向，裂縫生長模式在天然裂縫的端部處沿垂直于最小應力的方向延伸。

5.根據權利要求1或3或4所述的研究水力壓裂復雜縫網微裂縫相互作用機理的試驗方法，其特征在于：觀察不同巖樣不同裂縫間距條件下的CT掃描結果，分析縫間距對于復雜縫網間應力干擾的影響；觀察不同施工排量條件下的CT掃描結果，分析施工排量對復雜縫網微裂隙形態的影響。

6.根據權利要求2所述的研究水力壓裂復雜縫網微裂縫相互作用機理的試驗方法，其特征在于：觀察不同巖樣不同裂縫間距條件下的CT掃描結果，分析縫間距對于復雜縫網間應力干擾的影響；觀察不同施工排量條件下的CT掃描結果，分析施工排量對復雜縫網微裂隙形態的影響。

7.根據權利要求1或3或4或6所述的研究水力壓裂復雜縫網微裂縫相互作用機理的試驗方法，其特征在于：

采用不同壓裂方式：兩射孔同時壓裂，一個射孔壓裂完畢后再壓裂另一個射孔；試驗順序是先簡單，后復雜，在探明兩射孔分布壓裂裂縫起裂，擴展過程后微裂縫相互作用之間的影響，再進行兩射孔同時壓裂的試驗；

多孔壓裂時鉆孔附近巖體應力雖有起伏但無明顯應力集中，使得各壓裂段內裂隙均勻萌發和延伸，多孔壓裂時，可在各個壓裂段內產生類似的裂縫網，巖體的整體滲透性明顯增加；

形成縫網的力學條件：對壓裂過程中天然裂縫開啟的力學條件進行分析如下：

(1)裂縫發生張性破裂所需裂縫凈壓力為：

當時有最大值，最大值為σ_H-σ_h；

(2)發生剪切斷裂所需裂縫凈壓力為：

當時有最大值，最大值P_max為：

天然裂縫τ₀＝0，因此發生剪切破裂時，最大值為P_max＝(σ_H-σ_h)；

可得，施工時裂縫內的凈壓力超過儲層最大最小水平主應力差值時，即可使天然裂縫張開，形成復雜裂縫；

水平主應力差值可由下式計算：

Δσ＝2σ_h-P_i-P_f+S_t (4)

式中：Δσ為水平主應力差值，MPa；σ_h為地層最小主應力，MPa；Pi為地層初始孔隙壓力，MPa；P_f為地層破裂壓力，MPa；S_t為巖石的抗張強度，MPa；縫內凈壓力主要受儲層特征及人為因素兩方面控制，儲層特征包括：楊氏模量、泊松比、地層水平應力及垂向應力、斷裂韌性；人為因素包括：排量、壓裂液粘度、摩阻、平均砂比和裂縫封堵情況；