[发明专利]一种考虑压裂液压缩性的地层起裂压力预测方法

权利要求书

1.一种考虑压裂液压缩性的地层起裂压力预测方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

S1：建立井筒压裂液流动的离散化井筒模型，获得井底压力随时间变化的规律和井口压力随时间变化的规律；

S2：建立射孔条件下的井筒-水泥环-近井壁地层三维流固耦合力学模型，获得井筒憋压过程中近井壁应力场的分布规律和渗流场的分布规律；

S3：反演地层起裂时间及井口起裂压力。

2.根据权利要求1所述的考虑压裂液压缩性的地层起裂压力预测方法，其特征在于：所述步骤S1中的建立井筒压裂液流动的离散化井筒模型的操作包括：

沿套管轴向将套管等距离划分为n个井筒微元段，每个井筒微元段长度为Δz_i；第一个井筒微元段对应井口，第n个井筒微元段对应井底；

建立井筒压裂液流动的离散化井筒模型如下：

其中，为t时刻第i个井筒微元段的压裂液质量，采用下式计算得到：

P为压力，v为平均流速，表示第i个井筒微元段和第i+1个井筒微元段相交处截面，表示第i个井筒微元段和第i-1个井筒微元段相交处截面，Δt为单位时间步长，α为井筒微元段与垂向的夹角，d为套管内壁直径，g为重力加速度，ρ₀为标准大气压下的压裂液密度，p₀为标准大气压，C为压裂液压缩系数；τ_w为井筒壁面摩擦阻力。

3.根据权利要求2所述的考虑压裂液压缩性的地层起裂压力预测方法，其特征在于：所述步骤S1中的获得井底压力随时间变化的规律和井口压力随时间变化的规律的操作包括：

(1)在单位时间步长下求解所述井筒压裂液流动的离散化井筒模型，获得该单位时间步长下的井底压力和井口压力；所述井底压力对应求解得到的第n个井筒微元段在该单位时间步长下的压力p_n，所述井口压力对应求解得到的第1个井筒微元段在该单位时间步长下的压力p₁；

(2)判断p_n是否大于等于最大水平主应力的Y倍，如果否，则

t＝t+Δt,然后返回步骤(1)，如果是，则转入步骤(3)；

(3)输出井底压力随时间变化的规律和井口压力随时间变化的规律：所述井底压力随时间变化的规律对应p_n在各个单位时间步长下的数值，所述井口压力随时间变化的规律对应p₁在各个单位时间步长下的数值。

4.根据权利要求3所述的考虑压裂液压缩性的地层起裂压力预测方法，其特征在于：所述步骤(1)中是采用牛顿迭代法在各个单位时间步长下求解所述井筒压裂液流动的离散化井筒模型；

所述步骤(2)中的Y为1.5。

5.根据权利要求1所述的考虑压裂液压缩性的地层起裂压力预测方法，其特征在于：所述步骤S2的操作包括：

步骤201：获取套管、水泥环和井眼尺寸，结合射孔施工参数，利用有限元法建立射孔条件下的套管-水泥环-近井壁地层三维流固耦合力学模型；

步骤202：对所述射孔条件下的井筒-水泥环-近井壁地层三维流固耦合力学模型中的套管、水泥环赋予材料属性；对所述射孔条件下的井筒-水泥环-近井壁地层三维流固耦合力学模型中的页岩赋予物理力学属性；

步骤203：对所述射孔条件下的套管-水泥环-近井壁地层三维流固耦合力学模型施加远场边界载荷；

步骤204：对所述射孔条件下套管-水泥环-近井壁地层三维流固耦合力学模型的套管内壁及孔眼处施加液压载荷，所述液压载荷的大小为步骤S1中得到的井底压力；

步骤205：计算得到憋压过程中近井壁页岩的应力场的分布规律及渗流场的分布规律。

6.根据权利要求5所述的考虑压裂液压缩性的地层起裂压力预测方法，其特征在于：所述步骤201中采用三维六面体缩减积分孔压单元对所述套管-水泥环-近井壁地层三维力学模型进行网格划分，并在孔眼处对网格进行加密。