[发明专利]一种预测和评价泥页岩水压致裂裂网扩展规律的方法

说明书

本发明提出了一种预测和评价泥页岩水压致裂裂网扩展规律的方法，解决了泥页岩经水力压裂后形成的裂网系统复杂、对裂缝定量表征困难、实际压裂设计中又无明确表征的问题。本发明的研究方法为首先模拟工程进行水压制裂，接着提取模态裂网，然后进行模态裂网数字化，最后进行数字裂网的统计分析研究，具体分析裂网面积、裂缝长度、宽度、分形维数等参数，通过分形维数等参数计算，对裂网进行统计和表征，得到页岩的破坏程度，表征出裂网的复杂程度和扩展形态，综合页岩破坏程度和裂网扩展形态可以得出裂网扩展规律并对水压致裂效果进行评价，其中岩石破坏程度越严重，所产生的裂网越复杂，页岩水压致裂效果越好。

技术领域

本发明涉及页岩气开发工程问题，特别是指一种预测和评价泥页岩水压致裂 裂网扩展规律的方法。

背景技术

随着全球经济的快速发展，能源越来越成为制约一个国家经济发展的关键 因素，它是国民经济发展的能源保证。页岩气作为一种非常规能源，具有低碳、 污染小、储量大的特点，发展前景良好。我国页岩气埋藏深、成因复杂，多以吸 附态、游离态、溶解态等形式存在于页岩内部，由于其储层具有低孔特征和极低 的基质渗透率，所以必须进行储层改造，清水压裂是我国开发页岩气最重要的储 层改造方式。清水压裂产生复杂的裂网是提高储气层渗透率的重要方式，合理描 述裂缝的形态及裂网的扩展规律对评价压裂效果、预测页岩气产量具有重要意义。 由于裂网扩展规律复杂，天然裂缝及节理等因素对水压致裂裂缝具有很大影响， 国内外学者对裂缝的形成、扩展不断进行了探索，但目前缺少对泥页岩水压致裂 裂网规律的有效研究方法。

国内外学者对泥页岩水压致裂后裂缝的分布形态、扩展规律进行了大量研究， 商校森、丁云宏等人在考虑裂缝复杂程度、分布及对产量贡献的基础上，建立了 复杂裂缝表征方法，提出了裂缝潜能指数的概念，可以作为对比裂缝优劣的参数 之一；李玮、闫铁等人引入分形几何理论，应用分形方法来描述岩石裂纹的弯曲 形态，从理论上证实了水力压裂下岩石断裂韧性的理论计算值常低于施工压力的 结论；李芷、贾长贵等人开展了真三轴实验条件下的水力压裂实验，研究了水力 主裂缝的起裂、扩展规律和层里面对水力裂缝扩展的影响。然而，泥页岩经水力 压裂后形成的裂网系统复杂，对裂缝定量表征困难，实际压裂设计中又无明确表 征方法，导致页岩压裂后的缝网扩展规律一直没有得到深刻认知。

发明内容

为了解决背景技术中所存在的问题，本发明提出了一种预测和评价泥页岩水 压致裂裂网扩展规律的方法，解决了泥页岩经水力压裂后形成的裂网系统复杂、 对裂缝定量表征困难、实际压裂设计中又无明确表征的问题。

本发明的技术方案是：一种预测和评价泥页岩水压致裂裂网扩展规律的方法， 包括以下步骤：

S1：页岩制裂；先把页岩加工成立方体的试样，施加小于页岩抗拉强度的围 压，再用高压脉冲水射流发生装置根据工程需求对页岩进行多级分阶段压裂或重 复致裂，最后，仔细观察并标注页岩表面出现的裂网；

S2：模态裂网提取；用高清数码相机对页岩裂网进行采集，用PS技术将拍 摄的高清裂网图像转化为背景色为白色、裂网为黑色的二维灰度模态裂网图像；

S3：裂网模数转化；借助MATLAB软件中的二值函数将二维灰度模态裂网 图像转化为二值图像；

S4：获得表征裂网信息的特征参数并统计；获取二值图像中表征裂网信息的 特征参数并用获得的特征参数表征和统计裂网，所述特征参数包括裂缝长度、宽 度、面积和分形维数；

S5：裂网规律研究；分别对数字模态裂网面积、裂缝长度、宽度、分形维数 进行计算分析，其中，裂缝的长度、宽度、面积表示页岩的破坏程度，分形维数 表示了裂网的复杂程度和扩展形态；根据统计的裂缝的长度、宽度、面积和分形 维数分析得出裂网扩展规律并对水压致裂效果进行评价。

所述在步骤S1中，把页岩加工成30cm×30cm×30cm的试样。