[发明专利]一种深层页岩水力裂缝长期支撑开度变化计算方法

说明书

本发明公开一种深层页岩水力裂缝长期支撑开度变化计算方法，包括：基于支撑剂嵌入岩体的深度计算式，得到支撑剂嵌入后裂缝宽度的变化量；建立深层页岩的裂缝宽度粘塑性蠕变模型；采用Stehfest数值反演方法对深层页岩的裂缝宽度粘塑性蠕变模型进行反演，从而得到实空间下的裂缝宽度；得到蠕变后裂缝宽度变化量；得到页岩蠕变和支撑剂嵌入后裂缝宽度的总变化量；根据页岩蠕变和支撑剂嵌入后裂缝宽度的总变化量和初始缝宽得到页岩蠕变和支撑剂嵌入后的当前缝宽。本发明考虑深层页岩普遍存在蠕变行为及高闭合应力下支撑剂易嵌入的因素，更能准确地计算层页岩水力裂缝长期支撑开度变化计算，可为评价深层页岩压裂增产效果提供重要依据。

技术领域

本发明涉及一种深层页岩水力裂缝长期支撑开度变化计算方法，属于非常规储层增产改造技术领域。

背景技术

压裂是提高低渗透率储层产量的关键技术，由于深层页岩的孔隙度、渗透率低，其基质中难以形成有效的流动通道，故需对深层页岩进行压裂改造，在页岩储层中形成人工裂缝，且可与天然裂缝相互交叉的复杂裂缝，这些裂缝即为页岩储层的主要渗流通道，所以准确计算深层页岩裂缝渗透率是储层评价的重要工作。

目前，国内外学者围绕裂缝渗透率展开研究，其中主要分为裂缝有填充和裂缝无填充两大类。张吉昌(2006)利用岩心分析、测井、地震、薄片分析等静态描述手段测试并计算了基质的渗透率。冯月丽(2020)利用多边形保角变换方法Schwarz-Christoffel变换及渗流力学理论，建立了一种新的方向渗透率半解析计算模型。Teng(2020)建立了一种新的依赖裂缝宽度和支撑剂充填特性的裂缝渗透率分析模型。

近年来，深层页岩压裂裂缝渗透率的计算大多注重考虑支撑剂填充，但是忽略了深层页岩具有蠕变特征这一重要因素，而深层页岩的蠕变变形首先且主要发生在裂缝处，并且压裂改造形成的裂缝网络越发育、单裂缝宽度越小，蠕变对裂缝导流能力的影响越大。在长时间地应力作用下，页岩的蠕变将使支撑剂的嵌入增大，进一步影响裂缝导流能力。

因此，亟需建立一种综合考虑蠕变和支撑剂嵌入的深层页岩水力裂缝长期支撑开度变化计算方法，为裂缝导流能力及产能评价提供高精度参数，对预测深层页岩压裂改造效果具有重要意义。

发明内容

为了克服现有技术中的问题，本发明提供一种深层页岩水力裂缝长期支撑开度变化计算方法，该方法综合考虑了页岩中裂缝蠕变与支撑剂嵌入深度对裂缝宽度的影响。本方法假定支撑剂嵌入页岩瞬时完成，基于接触力学和弹性力学理论，计算支撑剂由于嵌入页岩造成的裂缝宽度的损失，再根据分数阶弹性本构方程描述深层页岩粘塑性蠕变行为，进而得到裂缝发生蠕变后的裂缝宽度变化量。综合蠕变和支撑剂嵌入后裂缝宽度的变化量，得到当前时间步下的裂缝宽度。本发明能够准确计算深层页岩水力裂缝长期支撑开度变化，为裂缝导流能力及产能评价提供高精度参数，满足储层评价需要。

本发明解决上述技术问题所提供的技术方案是：一种深层页岩水力裂缝长期支撑开度变化计算方法，包括：

步骤S1、获取目标地层的支撑剂直径D₁、岩层的厚度D₂、相邻支撑剂之间的距离系数K、闭合压力p、支撑剂弹性模量E₁、页岩弹性模量E₂、支撑剂的泊松比v₁和v₂；

步骤S2、基于支撑剂嵌入岩体的深度计算式，得到支撑剂嵌入后裂缝宽度的变化量；

步骤S3、建立深层页岩的裂缝宽度粘塑性蠕变模型；

步骤S4、采用Stehfest数值反演方法对深层页岩的裂缝宽度粘塑性蠕变模型进行反演，从而得到实空间下的裂缝宽度；

步骤S5、根据实空间下的裂缝宽度和初始缝宽得到蠕变后裂缝宽度变化量；

步骤S6、根据蠕变后裂缝宽度变化量和支撑剂嵌入后裂缝宽度的变化量得到页岩蠕变和支撑剂嵌入后裂缝宽度的总变化量；