一种体积压裂缝网的形成方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种体积压裂缝网的形成方法，属于页岩气藏储层改造技术领域。
【背景技术】
[0002] 体积压裂技术的关键核心是力学问题，针对初始地应力场，特别是在初始水平主 应力差值控制缝网的形成过程中，当两向水平主应力差值较小时，容易形成缝网，反之则不 易形成缝网。初始地应力场客观存在于地层中，一般水平最小主应力和水平最大主应力的 数值是不同的，即存在水平主应力差。
[0003] 目前，已有研究表明人工水力裂缝的产生减弱了地层水平主应力差值。基于这一 原理，对于低应力差页岩气藏，现有技术提出了一种Texas Tw0-Step压裂方法，即交替压裂 方法。结合图1所示，该交替压裂方法的压裂顺序为：裂缝1->裂缝2_>裂缝3。但该交替 压裂方法只能在两向水平主应力差值较小的情况下形成缝网，并且只适用于低应力差页岩 储层，而对于高应力差页岩储层广泛分布的地区则无法适用。
【发明内容】
[0004] 本发明为解决现有的体积压裂技术存在的无法适用于高应力差页岩储层的问题， 进而提出了一种体积压裂缝网的形成方法，具体包括如下的技术方案：
[0005] -种体积压裂缝网的形成方法，包括：
[0006] 在预定页岩储层获取沿第一预定方向的水平应力与沿第二预定方向的水平应力 之间的差值最大值；
[0007] 当所述差值最大值在所述预定页岩储层对应有第一极值位置和第二极值位置时， 在垂直所述第一极值位置和所述第二极值位置之间的连线向外侧延伸的方向上各压裂形 成第一裂缝和第二裂缝；
[0008] 在所述第一预定方向的水平应力与第二预定方向的水平应力所在的平面内沿垂 直所述第一极值位置和所述第二极值位置的连线方向上压裂形成第三裂缝。
[0009] -种体积压裂缝网的形成方法，包括：
[0010] 在预定页岩储层获取沿第一预定方向的水平应力与沿第二预定方向的水平应力 之间的差值最大值；
[0011] 当所述差值最大值在所述预定页岩储层对应有第三极值位置时，在所述第三极值 位置的两侧沿垂直水平应力的方向上各压裂形成第四裂缝和第五裂缝。
[0012] 本发明的有益效果是：根据沿第一预定方向和第二预定方向的水平应力之间的差 值最大值，提出了三次应力"共振"和四次应力"共振"的压裂方法，从而能够适用于高应力 差地层，该方法可用于现场压裂施工，具有较好的经济效益和应用前景。
【附图说明】
[0013] 图1是现有技术中的Texas Two-Step压裂方法示意图，其中的标号a表示裂缝1， 标号b表示裂缝2,标号c表示裂缝3,标号A表示复杂缝网结构。
[0014] 图2是水力裂缝的产生引起的应力场变化示意图。
[0015] 图3是裂缝诱导应力及其差值变化趋势示意图，其中的横坐标表示无因次距离， 纵坐标表示应力变化量和/或净应力，曲线d表示△ σ γ的值，曲线e表示△ σ x的值，曲线 f表示Δ σ Χ-Δ σ γ的值。
[0016] 图4以示例的方式示出了第一种体积压裂缝网的形成方法的流程图。
[0017] 图5以示例的方式示出了第二种体积压裂缝网的形成方法的流程图。
[0018] 图6是实施例一提供的体积压裂缝网的形成方法的流程图。
[0019] 图7是实施例一提供的三次应力"共振"压裂方式示意图。
[0020] 图8是实施例一提供的三次应力"共振"压裂方式施工顺序及最终形成的缝网区 域示意图。
[0021] 图9是实施例二提供的体积压裂缝网的形成方法的流程图。
[0022] 图10是实施例二提供的四次应力"共振"压裂方式示意图。
[0023] 图11是实施例二提供的四次应力"共振"压裂方式施工顺序及最终形成的缝网区 域示意图。
【具体实施方式】
[0024] 在本领域的现有技术中，水力裂缝附近地层任意一点的裂缝诱导应力可通过以下 的公式计算获得：
[0025]
[0026]
[0027] 其中，ρ。表示裂缝扩展净压力；Λ σ χ和Δ σ ,分别表示X方向和Y方向的裂缝诱 导应力，r表示地层任意一点与裂缝面中心点的距离，rJPr2分别表示地层任意一点与裂 缝面两个端点的距离，Θ表示地层任意一点到裂缝面中心点的连线与裂缝面的夹角， Θ 2分别表示地层任意一点到裂缝面两个端点的连线与裂缝面的夹角，L表示裂缝长度。
[0028] 结合图2所示的是水力裂缝的产生引起的应力场变化示意图，其中的〇h_和σ h_分别表示地层初始水平最小主应力和水平最大主应力。
[0029] 结合图3所示，在X轴线上距离裂缝面#/2倍裂缝半长位置处两向水平裂缝诱导 应力的差值最大，即A σχ-Δ σγ在该点达到最大值。当采用现有的Texas Two-St印压裂 方法时，Δ 〇χ-Δ 〇Y的最大值发生在距离裂缝面#/2倍裂缝半长处，其值为0.7698倍的 裂缝净压力，但随距离裂缝面的长度增加，衰减较快，因此现有的Texas Two-Step压裂方法 只适用于低应力差地层，不适用于高应力差地层。
[0030] 但是从图3中可以获知，Δ σ χ-Δ σ ^^的最大值发生在
处，即此处最先发 生应力翻转。基于此结论和原理，对于初始高水平应力差页岩地层，可以让多条水力裂缝的 A σχ_Δ 〇Y最大值发生在同一点，产生应力"共振"现象，则此处可以克服原始应力场较大 的应力差值，产生应力翻转，从而产生缝网结构。因此本发明的实施例针对已有的较高应力 差页岩储层，提出了三次应力"共振"和四次应力"共振"的压裂方法，使之能够产生复杂缝 网，提升非常规储层油气开采效果。
[0031] 本发明的实施例提出了一种体积压裂缝网的形成方法，结合图4所示，该方法包 括：
[0032] 步骤41，在预定页岩储层获取沿第一预定方向的水平应力与沿第二预定方向的水 平应力之间的差值最大值。
[0033] 其中，第一预定方向可以为与水平面平行的方向（即X轴），第二预定方向可以为 与水平面垂直的方向（即Y轴）。该差值最大值可以是Y轴的水平最大应力值与X轴的水 平最小应力值之间的差值。
[0034] 步骤42,当差值最大值在预定页岩储层对应有第一极值位置和第二极值位置时， 在垂直第一极值位置和第二极值位置之间的连线向外侧延伸的方向上各压裂形成第一裂 缝和第二裂缝。
[0035] 当存在两个极值位置时，本实施例可采用三次应力"共振"的压裂方式减弱地层应 力场的各向异性，从而产生三次应力"共振"的缝网结构。对于任意一个极值位置，有三条 裂缝的A 〇χ-Δ 〇Y最大值发生在该位置，并在该位置发生应力"共振"现象，因此该位置的 原始应力场的应力各向异性被大大削弱了，甚至发生应力翻转，从而产生缝网结构。
[0036] 可选的，在具体的施工过程中，先在与第一极值位置具有第一预定距离以及与第 二极值位置具有第一预定距离的位置分别压裂形成第一裂缝，然后在与第一极值位置具有 第二预定距离以及与第二极值位置具有第二预定距离的位置分别压裂形成第二裂缝，其中 的第一预定距离大于第二预定距离。
[0037] 步骤43,在第一预定方向的水平应力与第二预定方向的水平应力所在的平面内沿 垂直第一极值位置和第二极值位置的连线方向上压裂形成第三裂缝。
[0038] 在形成两条第一裂缝和两条第二裂缝后，可在垂直第一极值位置和第二极值位置 的连线方向上压裂形成第三裂缝。
[0039] 其中，第一裂缝、第二裂缝和第三裂缝之间可满足如下的关系式：
[0040]
[0041] 其中，1^表示第一裂缝的长度，1^表示第二裂缝的长度，1^表示第三裂缝的长度， D1表示第一裂缝与第二裂缝之间的距离，D 2表示第二裂缝与第三裂缝之间的距离。
[0042] 本发明的实施例还提出了一种体积压裂缝网的形成方法，结合图5所示，该方法 包括：
[0043] 步骤51，在预定页岩储层获取沿第一预定方向的水平应力与沿第二预定方向的水 平应力之间的差值最大值。
[0044] 其中，第一预定方向可以为与水平面平行的方向（即X轴），第二预定方向可以为 与水平面垂直的方向（即Y轴）。该差值最大值可以是Y轴的水平最大应力值与X轴的水 平最小应力值之间的差值。
[0045] 步骤52,当差值最大值在预定页岩储层对应有第三极值位置时，在第三极值位置 的两侧沿垂直水平应力的方向上各压裂形成第四裂缝和第五裂缝。
[0046] 当只存在一个极值位置时，本实施例可采用四次应力"共振"的压裂方式减弱地层 应力场的各向异性，从而产生四次应力"共振"的缝网结构。由于有四条裂缝在同一个极值 位置发生应力"共振"，则该极值位置最容易发生应力翻转，从而产生缝网结构。
[0047] 可选的，在具体的施工过程中，先在与第三极值位置具有第三预定距离的位置分 别压裂形成第四裂缝，然后在与第三极值位置具有第四预定距离的位置分别压裂形成第五 裂缝，该第三预定距离大于该第四预定距离。
[0048] 其中，第四裂缝和第五裂缝之间可满足如下的关系式：
[0049]
[0050] 其中，1^4表示第四裂缝的长度，L 5表示第五裂缝的长度，D 3表示第四裂缝与第五裂 缝之间的距离，D4表示两个第五裂缝之间的距离。
[0051] 下面通过具体的实施例对所述的体积压裂缝网的形成方法进行详细说明：
[0052] 实施例一
[0053] 结合图6所示，本实施例提供的体积压裂缝网的形成方法包括：
[0054] 步骤61，在预定页岩储层获取沿X轴方向的水平应力与沿Y轴方向的水平应力之 间的差值最大值。
[0055] 其中，若X轴方向为水平最小主应力方向，大小为25MPa，Y轴方向为水平最大主应 力方向，大小为37MPa，则水平两向主应力差值为S22-S11 = 37-25 = 12MPa。
[0056] 步骤62,当差值最大值在预定页岩储层对应有B位置和C位置时，在X轴方向的水 平应力与Y轴方向的水平应力所在的平面内沿垂直B位置和C位置之间的连线向外侧延伸 的方向上压裂形成第一裂缝。
[