[发明专利]多层页岩拟三维压裂模型缝高求解方法

说明书

本发明涉及的是多层页岩拟三维压裂模型缝高求解方法，具体为：一、建立多层页岩地层压裂缝高物理模型，将模型中各层页岩地层所对应的层面顶底深度数据等输入计算机；二、对多层页岩地层压裂缝高物理模型进行网格划分；三、分别计算从射孔位置开始起裂，裂缝向上或向下生长到每个网格节点所对应的裂缝尖端应力强度因子为尖端网格节点所在页岩地层断裂韧性时的裂缝内流体净压力数值；四、给定任意一个射孔位置处进入裂缝的流体压力，求解净压力；五、用净压力到三得到的净压力矩阵中去对比寻找；步骤六、变化射孔位置处进入裂缝的流体压力，重复四五，实现不同压裂压力下裂缝缝高的计算。本发明可以准确计算和预测页岩气井压裂改造形成的裂缝缝高。

技术领域

本发明涉及页岩储层压裂改造技术，具体涉及多层页岩拟三维压裂模型缝高求解方法。

背景技术

页岩气已经被视为替代煤和常规石油天然气的重要可持续能源。页岩气的全球总资源量约为4.56×10¹⁴m³，约占全球非常规油气资源的50％，相当于常规天然气的1.4倍，目前已被公认为是改变世界能源格局，使全球油气勘探展现良好发展前景的重要能源。

我国能源局于2016年9月14日发布的《页岩气发展规划（2016-2020）》表明，“十三五”将对页岩气开发及其配套开采技术发展给予高度重视和政策倾斜，2020年力争实现页岩气产量300×10⁸m³。据统计2015年我国天然气供应存在大约600×10⁸m³左右的缺口需要依靠进口，预计到2020年，国内天然气缺口将达1000×10⁸m³。若能高效开发页岩气资源对我国国民经济发展和国家能源战略供给意义重大。

页岩气的有效开发需要通过水平井钻井结合大规模水力压裂技术，其中水力压裂裂缝的缝高是描述裂缝形态的一个重要参数。压裂设计时对裂缝高度的求解准确与否直接影响到压裂后的效果，甚至决定了压裂作业能否成功。

如求解的裂缝高度小于实际能够产生的裂缝高度，在压裂设计时，为了达到一定的设计缝高，需要加大泵注排量，由此可能产生压裂裂缝穿透隔层或遮挡地层延伸，造成许多不必要的生产事故，另外，由于额外增加了不必要的泵注排量，还会造成施工成本增加。

如求解的裂缝高度大于实际能够产生的裂缝高度，在压裂设计时，为了减小裂缝缝高，需要减小泵注排量，由此可能导致压裂后的裂缝缝高无法达到预期设计要求，使压裂改造体积减小，压裂效果较差甚至造成压裂失败。

所以，压裂设计时需要准确的计算压裂能够形成的裂缝缝高，才能保证压裂作业顺利开展。

以往研究人员对压裂裂缝高度的求解主要采用拟三维模型和全三维模型两种方法。由于全三维模型计算效率较拟三维模型差，并且在工业化应用，特别是大规模压裂大尺度裂缝模拟时，拟三维模型表现出更好的适用性，所以拟三维压裂模型是石油工业首选的高效裂缝求解模型。

学者们对拟三维模型中裂缝高度的求解，大致可以归为两类：

一类是简单的裂缝高度求解，假定裂缝一直在储层内部延伸，即只考虑地层含有一层储层的情况。这种高度求解模型偏于简单，但与实际地层状况相差甚远，也导致该模型求解的裂缝高度存在较大误差。

另一类是复杂的裂缝高度求解，假定裂缝可以穿透储层以外的上、下地层隔层或遮挡层延伸。这种高度求解模型较单层储层的假设更接近实际地层情况，但目前该类模型对于地层层数的假定都是有限的，而且一般只有三层，即包含储层和山、下遮挡层。

对于页岩地层，大量的研究和发表的论文已经表明，页岩的层理大量发育，这样页岩地层实际上是纵向多层地层的集合，压裂时，裂缝必然需要在多层地层中延伸形成一定的裂缝缝高。这也说明现有的压裂模型，无论是单层缝高模型，还是多层有限缝高模型都无法适用于实际页岩地层压裂的裂缝高度求解。

发明内容