[发明专利]层理对水力裂缝穿层行为的影响规律研究方法

权利要求书

1.层理对水力裂缝穿层行为的影响规律研究方法，其特征在于：包括以下步骤：

一、验证块体离散元方法在水力压裂模拟中实施的可行性；

二、对不同压裂液粘度和注液速率下的水力裂缝穿层行为进行模拟；

三、结合控制机制分析压裂液粘度和注液速率对水力裂缝穿层行为的影响规律，分析水力裂缝穿层的力学机理；

四、基于不同的控制机制，建立了同时考虑压裂液粘度和注液速率的水力裂缝穿层行为的综合评价标准；

验证块体离散元在水力压裂中实施的可行性的方法为：

1.1、建立数值模型；

1.2、在模型中预制水力裂缝，模拟裂缝的扩展；

1.3、基于粘性控制机制和韧性控制机制，分别计算不同时间段内裂缝最大宽度和裂缝半长的变化；

1.4、将数值计算得到的值与理论解进行对比，并计算偏差率error：

其中，A代表数值计算得到的值，B代表理论值；

1.5、根据偏差率来判断可行性；

当控制机制的边界值时，裂缝的扩展属于粘性粘性控制机制，此时能量耗散主要是由于粘性流体的流动；当控制机制的边界值时，裂缝扩展属于韧性控制机制，此时的能量耗散主要是由于岩石的断裂；在两者之间的则称之为过渡区域，此时的能量耗散由流体粘度和岩石断裂共同引起；

粘性控制机制下，裂缝开度的解析解w_m(ρ,t)和裂缝半长的解析解R_m(t)如下式所示：

其中，μ'＝12μ；

式中，μ为流体粘度，E为杨氏模量，ν为泊松比，K_Ic为岩石I型断裂韧度，ρ为流体密度，Q₀为注液速率，t为注液时间，μ′为比例化的粘度，E′为比例化的弹性模量，K′为比例化的断裂韧度；

在断裂韧性韧性控制机制下，裂缝的开度解析解w_m(ρ,t)和裂缝半长的解析解R_m(t)如下式所示：

当不考虑压裂液滤失时，水力裂缝的扩展由无量纲时间决定；其中，无量纲时间t_mk表示为：

水力裂缝穿层行为的模拟方法为：

2.1、建立了包含两个水平节理和一个垂向节理的地层模型；设定模型尺寸1m×1m×1m，其中，水平节理用来模拟两个水平层理面；垂向节理则作为预置的水力裂缝，用以模拟水力裂缝的竖向扩展；

2.2、把模拟中的地应力设为均匀地应力，节理参数设为定值；

2.3、开展基础案例进行模拟；选择多种注液速率和压裂液粘度，并设定对应的注液时间；模拟中保证相同的注液量；

2.4、得到不同注液速率和压裂液粘度的裂缝形态结果，并得到注液速率和压裂液粘度两者对水力裂缝穿层行为的规律。

2.根据权利要求1所述的层理对水力裂缝穿层行为的影响规律研究方法，其特征在于：步骤三中，设定注液速率，分别模拟不同压裂液粘度下水力裂缝的扩展行为；在设定注液速率的基础上，模拟另一组不同注液速率不同粘度条件下水力裂缝的扩展。

3.根据权利要求2所述的层理对水力裂缝穿层行为的影响规律研究方法，其特征在于：步骤四中，分别计算不同注液速率、不同粘度条件下共多种工况的裂缝穿层结果，汇总结果；根据结果分别得到每种工况对应的裂缝形态和t值；分析不同注液速率下水力裂缝从未穿过变为穿过时的值，确定不同工况下裂缝穿层行为的改变对应的值范围，基于此，建立考虑粘度和注液速率两种因素综合作用下的水力裂缝的穿层行为评价机制，即通过值建立一个统一的标准来评判裂缝的穿层行为。

4.根据权利要求3所述的层理对水力裂缝穿层行为的影响规律研究方法，其特征在于：步骤四中，分别从结果中提取水平层理面上的应力状态，进行分析层理面的破坏行为。