[发明专利]一种页岩水压裂缝扩展预测方法有效

专利信息
申请号: 201810247278.7 申请日: 2018-03-23
公开(公告)号: CN108468538B 公开(公告)日: 2020-04-21
发明(设计)人: 张伯虎;骆庆龙;姬彬翔;刘玮丰;田小朋;周昌满;马浩斌 申请(专利权)人: 西南石油大学
主分类号: E21B43/26 分类号: E21B43/26;G06F30/23
代理公司: 四川力久律师事务所 51221 代理人: 王芸;熊晓果
地址: 610500 四*** 国省代码: 四川;51
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摘要:
搜索关键词: 一种 页岩 水压 裂缝 扩展 预测 方法
【权利要求书】:

1.一种页岩水压裂缝扩展预测方法,其特征在于,具体包括以下步骤:

a、计算斜裂缝在压应力场下的法向应力和切向应力;

b、计算裂缝面在水压力作用下的法向应力;

c、根据裂缝面类型,获得裂缝的应变能密度函数;

d、设定页岩为弹性体,并根据其受力变形后的应变能密度得到应变能密度因子的表达式;

e、根据材料中的最小应变能密度因子与其所对应的方向,得到裂缝开始扩展的时点及其扩展角,并分析在不同水平压力下,不同的裂缝面水压力对裂缝扩展角的影响规律;

f、验证页岩层理对页岩水压裂缝扩展方向的影响,包括建立页岩储层水力压裂的数值模型,并选定参数,模拟在水压力条件下得到在不同层理倾角下裂缝的扩展规律。

2.根据权利要求1所述的页岩水压裂缝扩展预测方法,其特征在于,步骤a中,根据伪力法和叠加原理得出裂缝面上的法向应力和切向应力分别为:式中,P为裂缝面上作用的法向伪力,Q为裂缝面上作用的切向伪力,β为裂缝与数值压应力方向夹角,σx为水平压力,σy为竖向压力。

3.根据权利要求2所述的页岩水压裂缝扩展预测方法,其特征在于,所述步骤b中,裂缝面在水压力作用下的法向应力P=σysin2β+σxcos2β-Pw,β为裂缝与数值压应力方向夹角,σx为水平压力,σy为竖向压力,Pw为裂缝面水压力。

4.根据权利要求2所述的页岩水压裂缝扩展预测方法,其特征在于,所述步骤c中,假设裂缝面为平直型,可得平面内的应力函数为:

式中,P为裂缝面上作用的法向伪力,Q为裂缝面上作用的切向伪力,φ为裂缝面摩擦系数,a为裂缝半长度,z为复变函数。

5.根据权利要求2所述的页岩水压裂缝扩展预测方法,其特征在于,所述步骤c中,设定裂缝面为Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝,由水压条件下得到复合裂纹的应力强度因子,进而获得Ⅰ型和Ⅱ型单一裂缝的应力强度因子。

6.根据权利要求5所述的页岩水压裂缝扩展预测方法,其特征在于,Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝在裂缝面摩擦系数为零时,其含水作用的应力强度因子表示为进而得到Ⅰ型和Ⅱ型应力强度因子为:

式中,KI为I型裂缝应力强度因子,K为Ⅱ型裂缝应力强度因子,σx为水平压力,σy为竖向压力,β为裂缝与竖直压应力方向夹角,Pw为裂缝面水压力,a为裂缝半长度。

7.根据权利要求6所述的页岩水压裂缝扩展预测方法,其特征在于,所述步骤d中,当裂缝面为Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝时,采用应力强度因子相关参数来表示Ⅰ-Ⅱ型复合裂缝的应变能密度,所述应变能密度表达式为:式中,

W为应变能密度,r为距离裂缝尖端的距离,KI为I型裂缝应力强度因子,K为Ⅱ型裂缝应力强度因子,K为Ⅲ型裂缝应力强度因子,E为弹性模量,μ为泊松比,θ为裂缝扩展角,再根据应变能密度相关参数得到应变能密度因子,所述应变能密度因子式中,KI为I型裂缝应力强度因子,K为Ⅱ型裂缝应力强度因子,S为应变能密度因子,将Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝中Ⅰ型和Ⅱ型应力强度因子带入应变能密度因子中,得到在围压的水压作用下的应变能密度因子的表达式。

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