[發(fā)明專利]一種基于熱流固耦合的巖石起裂壓力計算方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110394846.8
• 申請日: 2021-04-13
• 公開（公告）號: CN113109162B
• 公開（公告）日: 2022-02-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 任嵐;李洋;林然;柳宇帆;肖靜雯
• 申請（專利權(quán)）人: 西南石油大學(xué)
• 主分類號: G01N3/12
• 分類號: G01N3/12
• 代理公司: 成都其知創(chuàng)新專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51326
• 代理人: 房立普

本發(fā)明公開一種基于熱流固耦合的巖石起裂壓力計算方法，包括根據(jù)測井資料、室內(nèi)三軸壓縮試驗和巴西劈裂實驗確定目標(biāo)地層的基本參數(shù)；根據(jù)力平衡方程、本構(gòu)方程、傳輸方程、質(zhì)量守恒方程、熱量守恒方程、邊界條件以及最大拉應(yīng)力破壞準(zhǔn)則建立基于熱流固耦合的Laplace空間的巖石起裂壓力計算模型；根據(jù)目標(biāo)地層的基本參數(shù)、基于熱流固耦合的Laplace空間的巖石起裂壓力計算模型以及Stehfest數(shù)值反演方法確定巖石起裂壓力。本發(fā)明充分考慮了井筒中流體滲流、熱擴(kuò)散與巖石變形之間的耦合關(guān)系；能夠更準(zhǔn)確的計算地層起裂壓力，為壓裂施工設(shè)計提供高精度的參數(shù)，滿足儲層評價和壓裂改造指導(dǎo)需要。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于熱流固耦合的巖石起裂壓力計算方法，屬于油氣儲層增產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

壓裂是油氣井增產(chǎn)、注水井增注的一項重要技術(shù)措施。從確定施工規(guī)模、正確選擇壓裂設(shè)備到預(yù)測施工效果都要涉及到起裂壓力，準(zhǔn)確地預(yù)測壓裂井的起裂壓力是水力壓裂成功實施的關(guān)鍵步驟，直接影響儲層改造效果。因此，地層起裂壓力是壓裂設(shè)計和施工工藝的一項重要技術(shù)參數(shù)。

目前，傳統(tǒng)的地層起裂壓力計算方法有馬修斯和凱利法、伊頓法、安德森法和黃氏計算法等，這些主要方法在二十世紀(jì)六十年代至八十年代形成。其中大多計算方法缺乏嚴(yán)格的理論依據(jù)，考慮因素不全，與實際結(jié)果相差較大，只適用于特定地區(qū)，并且忽略了溫度變化和流體滲流對巖石破裂的影響，更未考慮井筒周圍應(yīng)力和孔隙壓力隨時間的變化。

因此，亟需建立一種基于熱流固耦合的巖石起裂壓力計算方法，綜合考慮井筒中流體滲流、熱擴(kuò)散與巖石變形之間的耦合關(guān)系，確定井筒周圍的最大應(yīng)力集中，從而得到巖石起裂壓力，為壓裂施工設(shè)計提供高精度的參數(shù),對實際鉆井完井過程具有重要的指導(dǎo)意義。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的問題，本發(fā)明提供一種基于熱流固耦合的巖石起裂壓力計算方法。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所提供的技術(shù)方案是：一種基于熱流固耦合的巖石起裂壓力計算方法，包括：

根據(jù)測井資料、室內(nèi)三軸壓縮試驗和巴西劈裂實驗確定目標(biāo)地層的基本參數(shù)；

根據(jù)力平衡方程、本構(gòu)方程、傳輸方程、質(zhì)量守恒方程、熱量守恒方程、邊界條件以及最大拉應(yīng)力破壞準(zhǔn)則建立熱流固耦合的Laplace空間的巖石起裂壓力計算模型；

根據(jù)目標(biāo)地層的基本參數(shù)、熱流固耦合的Laplace空間的巖石起裂壓力計算模型以及Stehfest數(shù)值反演方法確定巖石起裂壓力。

進(jìn)一步的技術(shù)方案是，所述力平衡方程：

σ_ij,j+f_i＝0

式中：σ_ij,j為應(yīng)力張量，無量綱；f_i為力的指標(biāo)符號，無量綱；

本構(gòu)方程：

其中：

式中：ε_ij為固體應(yīng)變張量，無量綱；σ_ij為固體應(yīng)力張量，無量綱；σ_kk為總主應(yīng)力，MPa；p為孔隙壓力，MPa；ζ為孔隙體積變化，無量綱；T為溫度，K；δ_ij為克羅內(nèi)克函數(shù)；G為體積剪切模量，MPa；α為Biot系數(shù)，無量綱；v、v_u分別為壓力波及區(qū)泊松比和壓力未波及區(qū)泊松比；α_s為固體基質(zhì)的體積熱膨脹系數(shù)，1/K；α_f為孔隙流體的體積熱膨脹系數(shù)，1/K；

傳輸方程：

達(dá)西定律：