[发明专利]计算页岩储层水力压裂倾斜裂缝诱导应力的方法

摘要

本申请公开了一种计算页岩储层水力压裂倾斜裂缝诱导应力的方法，包括以下步骤：1)收集页岩储集层与水力裂缝的基本参数；2)建立页岩储层水力压裂倾斜裂缝诱导应力的计算模型；3)计算页岩储层水力压裂倾斜裂缝诱导应力，并通过分析倾斜裂缝诱导应力沿x缝宽方向和z缝长方向的变化规律，确定应力反转区。本申请能够针对页岩储层水平井压裂过程中形成的倾斜裂缝诱导应力场进行模拟，分析倾斜裂缝下的诱导应力场分布状况，为页岩储层压裂水平井形成复杂裂缝的水力裂缝位置优化提供指导，改善页岩气储层的压裂效果。

主权项

1.一种计算页岩储层水力压裂倾斜裂缝诱导应力的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)收集页岩储集层与水力裂缝的基本参数；2)建立页岩储层水力压裂倾斜裂缝诱导应力的计算模型；所述步骤2)具体为：a、建立页岩储层水力压裂垂直裂缝的二维平面模型；b、建立页岩储层水力压裂倾斜裂缝的二维平面模型；所述页岩储层水力压裂倾斜裂缝的二维平面模型中，主坐标系为x‑y直角坐标系，坐标轴x的方向与水平井筒方向一致；副坐标系为x*‑y*直角坐标系，坐标轴y*的方向与倾斜裂缝缝高方向一致；所述步骤a具体为：计算二维垂直裂缝所诱导的应力场为：由虎克定律得：σz*＝v(σx*+σy*)     (2)其中：式中：为垂直裂缝沿x^*缝宽方向的诱导正应力，单位为MPa；p为裂缝内净压力，单位为MPa；r^*、r₁^*、r₂^*分别为储层中某点与水力裂缝上缝高点、水力裂缝中点和水力裂缝下缝高点的距离，单位为m；c为裂缝半缝高c＝h/2，单位为m；h为裂缝缝高，单位为m；θ^*、θ₁^*、θ₂^*分别为储层中某点与垂直水力裂缝上缝高点、水力裂缝中点和水力裂缝下缝高点所形成的角度，单位为o；为垂直裂缝沿y^*缝高方向的诱导正应力，单位为MPa；为垂直裂缝沿z^*缝长方向的诱导正应力，单位为MPa；为x^*y^*平面上的诱导剪应力，单位为MPa；基于上述计算参数，建立页岩储层水力压裂垂直裂缝的二维平面模型；所述步骤b具体为：当裂缝为垂直裂缝时，设裂缝沿x^*方向的应变为沿缝长y方向的应变为式中：为储层中某点在x^*‑y^*坐标系中沿x^*、y^*的应变，无因次；u_x、u_y为储层中某点在x‑y坐标系中沿x、y的应变，无因次，γ为水力裂缝倾角，单位为^o；两个坐标轴下的坐标值转换表达式为：式中：x*、y*分别为储层中某点在x*‑y*坐标系中的坐标，单位为m；x、y为储层中某点在x‑y坐标系中沿x、y的坐标，单位为m；根据弹性力学理论，在x*‑y*坐标系下应力应变方程表达为：式中，E为岩石杨氏模量，单位为MPa；v为岩石泊松比，单位为无因次；在x‑y坐标下坐标系下应力应变方程为：由(5)式可以得到x方向和y方向的线应变为：将(7)式带入(9)式，可以将x方向和y方向的线应变表示为x*‑y*坐标下的应力关系式：由(8)式得到x‑y平面内的应力表达式为：将(10)式带入(11)式，可以将x‑y平面内的应力表示为x*‑y*坐标下的应力的关系式：由(1)式可得：将(13)式带入(12)式，可以得出x‑y平面下的应力的基本表达式：式中：σx为倾斜裂缝沿x缝宽方向的诱导正应力，单位为MPa；p为裂缝内净压力，单位为MPa；r、r1、r2分别为储层中某点与水力裂缝上缝高点、水力裂缝中点和水力裂缝下缝高点的距离，单位为m；θ、θ1、θ2分别为储层中某点与倾斜水力裂缝上缝高点、水力裂缝中点和水力裂缝下缝高点所形成的角度，单位为o；σy为倾斜裂缝沿y缝高方向的诱导正应力，单位为MPa；由虎克定律得：σz＝v(σx+σy)       (15)其中，同理，当需要计算缝长方向的诱导应力时，直接用缝长方向的参数z代替缝高方向的参数y，即用缝长代替缝高，得出沿缝长方向的倾斜裂缝诱导应力模型：由虎克定律得：σy＝v(σx+σz)      (18)其中，式中：c0为裂缝半长c0＝Lf/2，单位为m；σz为沿缝长方向的诱导应力,MPa；基于上述计算参数，建立页岩储层水力压裂倾斜裂缝的二维平面模型；3)计算页岩储层水力压裂倾斜裂缝诱导应力，并通过分析倾斜裂缝诱导应力沿x缝宽方向和z缝长方向的变化规律，确定应力反转区。