[发明专利]一种致密砂岩水力压裂缝高预测方法

权利要求书

1.一种致密砂岩水力压裂缝高预测方法，其特征在于，具体包括：

建立由隔层-储层-隔层组成的三维水力压裂扩展有限元模型；

基于水力压裂扩展有限元模型分析致密砂岩气藏水力压裂裂缝纵向扩展的影响因素，包括：储隔层界面对裂缝尖端应力场的影响、压裂液排量、压裂液粘度、压裂液泵入时间、储隔层地应力差和裂缝内净压力；

分析得出裂缝内净压力与储隔层地应力差比值和临界隔储层厚度比的对应数据关系为：

裂缝内净压力与储隔层地应力差比值越小，裂缝在纵向上的扩展能力越弱，穿透隔层的高度越小；

当裂缝内净压力与储隔层地应力差之比小于0.56时，裂缝的扩展被完全限制在储层内，在纵向上不能进入隔层；

所述裂缝内净压力的具体影响为：在低渗透储层中，水力裂缝体积与注入压裂液体积相等，当裂缝高度为h时，水力裂缝内净压力分布表达式为：

其中：μ为压裂液粘性系数；q为压裂液排量,m³/s；ρ为压裂液密度,kg/m³；L_f为裂缝半长，m；h为裂缝高度，m；E为岩石杨氏模量，GPa；K_Ic为岩石断裂韧性；x为沿裂缝长度方向任意一点位置；t为压裂时间，s；

2.如权利要求1所述的一种致密砂岩水力压裂缝高预测方法，其特征在于，

所述储隔层界面对裂缝尖端应力场的影响具体为：

在压裂初期，裂缝尖端出现应力集中，当纵向上裂缝尖端的最大拉应力大于该处岩石的抗拉强度时，将该处岩石压开形成裂缝，并随着压裂液的注入裂缝不断向上延伸；

在扩展至储隔层界面之前，隔层对裂缝产生的诱导应力在纵向上的传播产生抑制；

裂缝到达储隔层界面后，裂缝尖端应力在储隔层界面处不断增大，最大拉应力在达到高地应力隔层岩石的抗拉强度之前，裂缝在纵向的扩展受限，裂缝宽度增加而高度不变；

裂缝穿透储隔层界面之后，裂缝在隔层中的扩展速度小于裂缝在储层中的扩展速度；

高地应力隔层对裂缝在纵向上的扩展起到明显的遮挡作用，裂缝高度增加缓慢，裂缝宽度则进一步增大。

3.如权利要求1所述的一种致密砂岩水力压裂缝高预测方法，其特征在于，

所述压裂液排量的具体影响为：在12MPa的储隔层地应力差下，当低于4m³/min排量时，随压裂液排量的增大，裂缝高度不变；当排量增加到超过该排量时，裂缝在纵向上压开隔层，裂缝高度增加，裂缝在动态扩展的过程中，随着压裂液的泵入，压力逐步增大到储层抗拉强度，储层被压开向前扩展；在纵向上由于隔层的抗拉强度和地应力差的限制，使得低排量下裂缝在纵向上扩展受限，但当排量增大到超过临界值时，相同时间内，相比于小排量压裂液泵入，大排量的压裂液泵入到裂缝中使裂缝内部流体压力短时间内快速上升，形成高压，超过隔层岩石的抗拉强度，裂缝纵向压开隔层。

4.如权利要求1所述的一种致密砂岩水力压裂缝高预测方法，其特征在于，

所述压裂液粘度的具体影响为：采用滑溜水进行压裂时，水力裂缝在隔层中的纵向扩展能力弱，有利于对缝高进行控制，但形成的裂缝宽度小，不利于支撑剂在裂缝中的运移；压裂液粘度超过50mPa·s时裂缝宽度明显增大，但裂缝高度也随压裂液粘度的增加而增大；压裂液粘度超过100mPa·s时缝宽增大幅度减弱，而缝高持续增加，由此可知，进一步增大压裂液粘度会增加裂缝在隔层中的扩展能力，不利于控制缝高。