[发明专利]一种考虑热损伤的深层高温页岩地层破裂压力计算方法

说明书

本发明公开了一种考虑热损伤的深层高温页岩地层破裂压力计算方法，包括以下步骤：收集目标地层的基本参数，所述基本参数包括岩石力学参数、地应力、地层温度、热膨胀系数等参数；通过低温冲击实验获得目标地层的热损伤因子；根据考虑岩石热损伤的地层破裂压力预测模型计算得到目标地层的破裂压力。本发明考虑泵入流体的低温冲击作用，解决现有计算方法不能考虑岩石抗张强度受低温冲击后的损伤效应，更为符合实际工况，可为压裂施工工艺优化设计提供有利的理论依据。

技术领域

本发明涉及储层改造技术领域，特别涉及一种考虑热损伤的深层高温页岩地层破裂压力计算方法。

背景技术

国内外页岩气的开采形成了以水平井缝网压裂技术为主体的增产工艺，3500m以浅的页岩气水平井缝网压裂技术已基本形成，随着国内能源消费需求的不断扩大，能源对外依存度逐年递增，3500m以深的深层页岩气必将成为未来国内勘探开发的重点。开采深层页岩气面对的挑战之一是高温高应力条件下的高破裂压力，准确预测深层高温地层破裂压力是压裂施工井口设备优选、压裂设计方案优化的重要前提。

目前，常用的用于地层破裂压力的模型有Mattews预测模型(认为上覆岩层压力梯度是与深度无关的常数)、Eton预测模型(指出提出上覆岩层压力梯度是与岩层深度相关的函数)、黄氏预测模型(综合考虑岩层上覆应力、井壁应力、地下构造应力和岩层强度)、Faishust模型(考虑了注入流体滤失的影响)等模型。但以上模型均未考虑温度的影响，深层储层温度高，随着低温流体的注入，井周岩石温度降低，地层产生收缩应力；并且由于岩石内部结构受到低温的冲击而受损，强度会有所下降。因此，亟需提出一种考虑岩石热损失的地层破裂压力预测模型，填补这一空白，便于工程应用，为深层高温地层的压裂施工提供部分理论依据。

发明内容

针对上述问题，本发明旨在提供一种考虑热损伤的深层高温页岩地层破裂压力计算方法，解决现有计算方法不能考虑岩石抗张强度受低温冲击后的损伤效应，本发明考虑泵入流体的低温冲击作用，地层破裂压力的计算更为合理，能够为压裂施工工艺优化设计提供有利的理论依据。

本发明的技术方案如下：

一种考虑热损伤的深层高温页岩地层破裂压力计算方法，包括以下步骤：收集目标地层的基本参数；通过低温冲击实验建立热损失模型，获得目标地层的抗张强度热损伤演化方程；根据考虑岩石热损伤的地层破裂压力预测模型计算破裂压力，所述考虑岩石热损伤的地层破裂压力预测模型为：

式中：p_f为考虑岩石热损伤的地层破裂压力，MPa；σ_h、σ_H分别为最小水平主应力、最大水平主应力，MPa；f(ΔT)为抗张强度热损伤演化方程；σ_t为岩石原始抗张强度，MPa；δ为地层综合滤失系数，无因次；α为岩石有效应力系数，无因次；ν为泊松比，无因次；φ为岩石孔隙度，无因次；p_p为地层孔隙压力，MPa；E为岩石杨氏弹性模量，GPa；a_m为岩石体积热膨胀系数，1/℃；T_w、T₀分别为井壁处温度、原始地层温度，℃。

作为优选，当所述页岩地层裂缝发育时，δ＝1；当所述页岩地层裂缝不发育时，δ＝0；所述页岩地层裂缝是否发育根据目标区块的测井、地质统计知晓。

作为优选，所述基本参数包括最大水平主应力、最小水平主应力、岩石杨氏弹性模量、泊松比、注入压力、地层综合滤失系数、岩石有效应力系数、岩石孔隙度、原始地层温度、岩石体积热膨胀系数、岩石原始抗张强度。

作为优选，所述低温冲击实验包括以下步骤：

首先，获取多块目标地层的岩心，将各块岩心的温度加热至不同的目标温度并恒温保存，所述目标温度包括目标地层的原始地层温度以及室温与原始地层温度之间的过渡温度，所述过渡温度等间距设置至少三组；