一种判别二维水力裂缝与天然裂相遇后延伸行为的方法

本发明涉及一种判别二维水力裂缝与天然裂相遇后延伸行为的方法，属于油气田开发工程中水力压裂。

背景技术：

1、近年来，非常规储层缝网体积压裂改造技术得到快速发展，为保障国家能源安全起到了重要的支撑作用。自从非常规储层体积压裂技术出现以来，人们深刻认识到储层原地应力状态和天然裂缝的强度性质及其协同作用决定了储层中水力裂缝与天然裂缝相交后的破裂机制和延伸行为，从而制约储层增产改造体积，进而显著影响了体积压裂改造后的油气增产效果，促使工业界极度关注对储集层实施体积压裂时岩体中天然裂缝介质的破裂机制及其延伸演化进程。由于缝网体积改造中网络裂缝系统的复杂性，目前通常将水力压裂裂缝简化视为恒定缝高的二维水力裂缝。大量的室内实验已经证明，水力裂缝与天然裂缝相遇后延伸行为主要归结为水裂缝穿越和滑移两种模式。这些实验成果主要采用人造岩样并在室内较低的两向应力条件下得到，一般而言，由于实际矿场原地应力几乎总是远远高于实验室的应力条件，因而这些成果并不能直接、有效地指导矿场体积压裂设计和应用。

2、blanton(1986)和warpinski(1987)率先建立了水力裂缝与天然裂缝相交后裂缝延伸行为模式应满足的力学准则。blanton认为，当水力裂缝尖端流体压力高于作用在天然裂缝面上的正应力时，地层中的天然裂缝发生膨胀；当作用在天然裂缝面上的摩擦力小于作用在天然裂缝面上剪切力时，天然裂缝剪切滑移。warpinski基于莫尔-库伦准则和抗张强度准则推导建立了天然裂缝切向滑移、水力裂缝法向张开的判据。周健(2008)考虑水力裂缝中流体压力作用，采用类似破坏准则建立相应的判据。这类模型的共同特征是忽略了水力裂缝尖端效应影响。renshaw(1995)假定水力裂缝与天然裂缝处于正交状态，依据线弹性断裂力学理论分析了水力裂缝尖端应力场及作用于天然裂缝的远场应力分量，以第一强度理论为基础建立了预测裂缝能否贯穿界面层的判据。gu(2012)采用renshaw(1995)类似方法推广到水力裂缝与天然裂缝的非正交状态，得到了忽略抗张强度和内聚力条件下两向主应力比值与临界内摩擦系数的关系图版，但并未考虑储层孔弹性效应和流体压力作用。

技术实现思路

1、为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明旨在提供一种判别二维水力裂缝与天然裂相遇后延伸行为的方法。

2、本发明解决上述技术问题所提供的技术方案是：一种判别二维水力裂缝与天然裂相遇后延伸行为的方法，包括：

3、步骤s1、获取远场原地水平两向主应力、水平最大主应力方向、天然裂缝走向、天然裂缝内聚力、内摩擦系数、岩体抗张强度和孔隙弹性常数；

4、步骤s2、基于天然裂缝走向与水平最大主应力方向计算逼近角；

5、步骤s3、计算水力裂缝尖端作用的应力影响函数；

6、步骤s4、根据水力裂缝尖端作用的应力影响函数分别计算作用于天然裂缝的法向应力、切向应力、剪应力；

7、步骤s5、根据切向应力、剪应力计算水力裂缝穿越天然裂缝的临界内摩擦系数；

8、步骤s6、根据水力裂缝穿越天然裂缝的临界内摩擦系数判别水力裂缝与天然裂相遇后的延伸行为。

9、进一步的技术方案是，所述步骤s1中远场原地水平两向主应力数值通过对储层取芯进行kaiser效应实验测试或者根据测试压裂停泵后压降解释或者采用校正后的测井解释方法获取。

10、进一步的技术方案是，所述步骤s1中水平最大主应力方位采用矿场微地震监测分析或岩心实验测试方法获取。

11、进一步的技术方案是，所述步骤s1中天然裂缝走向采用成像测井或定向取芯在镜下观察或联合多种方法获取。

12、进一步的技术方案是，所述步骤s1中天然裂缝内聚力、内摩擦系数、岩体抗张强度和孔隙弹性常数通过岩心实验测试方法获取。

13、进一步的技术方案是，所述步骤s3中的计算公式为：

14、

15、式中：f为水力裂缝尖端作用的应力影响函数，无因次；α为逼近角，度；σx、σy分别为远场原地水平最大和最小主应力，mpa；β为岩体孔隙弹性常数，无因次；to为抗张强度，mpa；pr为裂缝内流体压力，mpa。

16、进一步的技术方案是，所述步骤s4中的计算公式为：

17、

18、

19、

20、式中：f为水力裂缝尖端作用的应力影响函数，无因次；α为逼近角，度；σx、σy分别为远场原地水平最大和最小主应力，mpa；σαx、σαy、σαα分别为作用于天然裂缝的切向和法向应力、剪切应力，mpa。

21、进一步的技术方案是，所述步骤s4中的计算公式为：

22、λcr＝(σαα-co)/σαy

23、式中：co为内聚力，mpa；λcr为临界内摩擦系数，无因次；σαy、σαα分别为作用于天然裂缝面的法向应力、剪切应力，mpa。

24、进一步的技术方案是，所述步骤s6中当岩体内摩擦系数λ<临界内摩擦系数λcr时，水力裂缝沿天然裂缝滑移，有利于形成网络裂缝系统；

25、当岩体内摩擦系数λ>临界内摩擦系数λcr时，水力裂缝穿过天然裂缝，易于引起井间裂缝串扰。

26、本发明具有以下有益效果：本发明考虑在原地远场两向水平主应力、水力裂缝尖端效应、天然裂缝内聚力和内摩擦系数、岩体抗张强度和孔弹性效应和水力裂缝中流体压力的综合协同影响，提供一种判别二维水力裂缝与天然裂相遇后延伸行为的计算方法。

27、该发明填补了矿场真实条件下实施体积压裂改造时水力裂缝与天然裂缝相交作用的综合判别方法的空白，解决了模拟非常规储层增产改造体积(srv)中裂缝网络演化机制的困难。

技术特征：

1.一种判别二维水力裂缝与天然裂相遇后的延伸行为的方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种判别二维水力裂缝与天然裂相遇后延伸行为的方法，其特征在于，所述步骤s1中远场原地水平两向主应力数值通过储层岩心进行kaiser效应实验测试或者测试压裂停泵后压降解释或者校正后的测井解释方法获取。

3.根据权利要求1所述的一种判别二维水力裂缝与天然裂相遇后延伸行为的方法，其特征在于，所述步骤s1中水平最大主应力方位采用矿场微地震监测分析或岩心实验测试方法获取。

4.根据权利要求1所述的一种判别二维水力裂缝与天然裂相遇后延伸行为的方法，其特征在于，所述步骤s1中天然裂缝走向采用成像测井或定向取芯在镜下观察或联合多种方法获取。

5.根据权利要求1所述的一种判别二维水力裂缝与天然裂相遇后延伸行为的方法，其特征在于，所述步骤s1中天然裂缝内聚力、内摩擦系数、岩体抗张强度和孔隙弹性常数通过岩心实验测试方法获取。

6.根据权利要求1所述的一种判别二维水力裂缝与天然裂相遇后延伸行为的方法，其特征在于，所述步骤s3中的计算公式为：

7.根据权利要求6所述的一种判别二维水力裂缝与天然裂相遇后延伸行为的方法，其特征在于，所述步骤s4中的计算公式为：

8.根据权利要求7所述的一种判别二维水力裂缝与天然裂相遇后延伸行为的方法，其特征在于，所述步骤s4中的计算公式为：

9.根据权利要求8所述的一种判别二维水力裂缝与天然裂相遇后延伸行为的方法，其特征在于，所述步骤s6中当岩体内摩擦系数λ<临界内摩擦系数λcr时，水力裂缝沿天然裂缝滑移，有利于形成网络裂缝系统；

技术总结
本发明公开一种判别二维水力裂缝与天然裂缝相遇后延伸行为的方法，属于油气田开发工程中石油和天然气增产技术领域。为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明旨在提供一种判别二维水力裂缝与天然裂相遇后延伸行为的方法，基于天然裂缝走向与水平最大主应力方向计算逼近角；计算水力裂缝尖端作用下的应力影响函数；分别计算沿天然裂缝的法向应力、切向应力、剪应力；计算水力裂缝穿越天然裂缝的临界内摩擦系数；判别水力裂缝与天然裂相遇后的延伸行为。该发明填补了矿场真实条件下实施体积改造时水力裂缝与天然裂缝相遇后相交作用的综合判别方法的空白，解决了模拟非常规储层增产改造体积(SRV)中裂缝网络演化机制的困难。

技术研发人员：胡若菡,李勇明,赵金洲,江有适
受保护的技术使用者：西南石油大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/6