一种模拟水平井分段压裂裂缝扩展轨迹的方法技术

本发明专利技术公开了一种模拟水平井分段压裂裂缝扩展轨迹的方法，属于油气藏开发领域。所述方法包括以下步骤：收集储层、裂缝和压裂施工参数；基于所述收集的参数，建立水力裂缝诱导应力场模型；结合所述水力裂缝诱导应力场模型，应用应力强度因子理论，建立水平井水力裂缝扩展轨迹模型。本发明专利技术充分考虑了井筒内压、先前压裂裂缝以及压裂液滤失产生的诱导应力对后续水力裂缝扩展轨迹的影响，能够定量、真实地实现对水平井分段压裂裂缝扩展轨迹的模拟。

A method for simulating the fracture extension trajectory of horizontal well

The invention discloses a method for simulating horizontal fracturing fracture extension trajectory of horizontal well, which belongs to the field of oil and gas reservoir development. The method comprises the following steps: collecting reservoir, cracks and fracturing parameters; the collected parameters based on the establishment of hydraulic fracture induced stress field model; combined with the hydraulic fracture induced stress field model, applied stress intensity factor theory, establish the crack extension trajectory model of horizontal wells in force. The invention fully considers the wellbore pressure, previous fracturing and fracturing fluid loss induced by stress on subsequent hydraulic fracture propagation trajectory, can quantitatively and truly simulate the horizontal well fracturing crack propagation path.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及油气藏开发领域，特别涉及一种模拟水平井分段压裂裂缝扩展轨迹的方法。
技术介绍
水平井分段压裂是低渗透油气藏获得工业开发的关键技术。现有的水平井裂缝扩展模拟技术均事先假定水力裂缝是直裂缝，这与水平井分段压裂裂缝扩展轨迹的实际情况存在较大出入，由于先前已压开形成的裂缝和压裂液滤失所产生的诱导应力会使原地应力场发生改变，导致后续的水力压裂裂缝在扩展延伸过程中不断发生转向，使得后续压裂形成的裂缝发生弯曲而不再是一条与井筒垂直的裂缝。因此，迫切需要一种有效、能够定量、准确预测水平井分段压裂裂缝真实扩展轨迹的模拟方法。
技术实现思路
为了解决现有技术的问题，本专利技术实施例提供了一种模拟水平井分段压裂裂缝扩展轨迹的方法。所述技术方案如下：本专利技术实施例提供了一种模拟水平井分段压裂裂缝扩展轨迹的方法，包括以下步骤：S100收集储层、裂缝和压裂施工参数；S200基于所述收集的参数，建立水力裂缝诱导应力场模型；S300结合所述水力裂缝诱导应力场模型，应用应力强度因子理论，建立水平井水力裂缝扩展轨迹模型。可选地，所述收集的参数包括三向主应力、储层厚度、孔隙度、泊松比、渗滤系数、水平井方位角、井斜角、裂缝长度、裂缝净压力。可选地，所述步骤S200具体为：基于所述收集的参数，建立二维垂直裂缝的诱导应力计算模型；结合所述诱导应力计算模型，将第一条水力压裂裂缝产生的诱导应力与原地应力叠加，得到第二条水力压裂裂缝在直角原地应力坐标系下的应力场分布；将所述第二条水力压裂裂缝在直角原地应力坐标系下的应力场分布转换为水平井井筒坐标系下的应力场分布；考虑压裂液滤失和井筒内压力的因素，将所述水平井井筒坐标系下的应力场分布转换为水平井井筒极坐标系下的应力场分布，即水力裂缝诱导应力场模型。可选地，所述步骤S300具体为：将井筒极坐标系下的应力场分布转化为第二条水力压裂裂缝尖端的极坐标系下的应力场分布；通过第二条水力压裂裂缝尖端的极坐标系下的应力场分布并结合应力强度因子理论，判断裂缝是否扩展；基于裂缝是否扩展的判断结果，进行第一次扩展轨迹计算；类推第一次扩展轨迹计算结果，进行第二次及后续次数的扩展轨迹计算。可选地，所述二维垂直裂缝的诱导应力计算模型为：由Hooker定律可得：σfiny＝ν(σfinx+σfinz)(4)式中：σfinx——裂缝在x方向产生的诱导正应力，MPa；p——裂缝内流体净压力，MPa；r——任意一点距离第一条裂缝中心的距离，m；r1、r2——任意一点分别距离第一条裂缝两个尖端的距离，m；h——裂缝长度，m；c——裂缝半长，c＝h/2，m；θ——任意一点与裂缝中心连线轨迹与裂缝剖面的夹角，°；θ1、θ2——任意一点与第一条裂缝两个尖端连线轨迹与裂缝剖面的夹角，°；σfinz——裂缝在z方向产生的诱导正应力，MPa；τfinxz——裂缝在垂直于x轴指向z方向产生的诱导剪应力，MPa；σfiny——裂缝在y方向产生的诱导正应力，MPa；υ——地层岩石泊松比，无因次。其中，各几何参数间存在以下关系：式中：z——任意一点在z方向上的坐标，m；x——任意一点在x方向上的坐标，m；可选地，所述水力裂缝诱导应力场模型为：将第一条水力压裂裂缝产生的诱导应力与原地应力叠加，得到直角原地应力坐标系下的地层三向主应力场分布：式中：——分别是由于水力裂缝产生的诱导应力与原地应力叠加后的地层最大水平主应力、最小水平主应力和垂向主应力，MPa；将所述第二条水力压裂裂缝在直角原地应力坐标系下的应力场分布转换为水平井井筒坐标系(x,y,z)下的应力场分布，它们之间的应力转换关系为，式中：σxx、σyy、σzz——分别为坐标系(x,y,z)下的正应力分量，MPa；τxy、τyz、τxz——分别为坐标系(x,y,z)中剪应力分量，MPa；β——方位角，井眼轴线在水平方向的投影与最大水平主应力的方位角，°；ψ——井斜角，井眼轴线与竖直方向的夹角，°；考虑压裂液滤失和井筒内压力的因素，将所述水平井井筒坐标系下的应力场分布转换为井筒极坐标系下的应力场分布：式中：σr、σθ、σz——分别为任意r处的径向、周向(切向)和轴向上的正应力，MPa；τrθ——任意r处的周向剪切应力，MPa；pw——井底流压，MPa；rw——井筒半径，m；r——前一条裂缝中心距离任意一点的距离，m；υ——地层岩石泊松比，无因次。δ——渗透性系数，地层可渗透时δ＝1，地层不可渗透时δ＝0，无因次；α——Biot多孔弹性系数，α＝1-Cr/Cb，无因次；Cr、Cb——分别为岩石的骨架压缩率和体积压缩系数；MPa-1——岩石孔隙度，％；c——修正系数，无因次，其取值范围为：0.9<c<l。pn(r)——距井轴距离为r处的地层净应力，pn(r)＝p(r)-pp，MPa；pp——地层中的初始孔隙压力，MPa。可选地，所述第二条水力压裂裂缝尖端的极坐标系下的应力场分布为：式中：σfr(0)——第二条水力裂缝初始裂缝尖端径向方向的正应力，MPa；ω(0)——第二条水力裂缝初始裂缝尖端坐标的转换角，°；σfθ(0)——第二条水力裂缝初始裂缝尖端周向方向的切应力，MPa；τfrθ(0)——第二条水力裂缝初始裂缝尖端径向方向的切应力，MPa。可选地，所述第一次扩展轨迹计算为：β(1)＝β(0)-θt(1)(17)式中：β(1)——第二条裂缝第一次扩展后的裂缝轨迹与最大水平主应力方向的夹角，°；Δl——每次裂缝扩展长度，m。本专利技术实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本方法充分考虑了水平井分段压裂实际情况下的诱导应力产生因素，对水力压裂裂缝的实际扩展轨迹有更加精确的描述，充分考虑了井筒内压、先前压裂裂缝以及压裂液滤失产生的诱导应力对后续水力裂缝扩展轨迹的影响，能够定量、真实地实现对水平井分段压裂裂缝扩展轨迹的模拟。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例提供的一种模拟水平井分段压裂裂缝扩展轨迹的方法流程图；图2是本专利技术实施例提供的二维垂直裂缝示意图；图3是本专利技术实施例提供的裂缝诱导应力叠加图；图4是本专利技术实施例提供的由井筒径向坐标转换为裂缝径向坐标示意图；图5是本专利技术实施例提供的裂缝转向扩展轨迹示意图；图6是本专利技术实施例提供的第二条裂缝尖端应力σfr与其动态缝长的关系图；图7是本专利技术实施例提供的第二条裂缝Ⅰ型应力强度因子与其动态缝长的关系图；图8是本专利技术实施例提供的第二条裂缝Ⅱ型应力强度因子与其动态缝长的关系图；图9是本专利技术实施例提供的第二条裂缝转向角度与其动态缝长的关系图；图10是本专利技术实施例提供的第二条裂缝最终扩展长度与第一条裂缝净压力之间的关系图；图11是本专利技术实施例提供的不同裂缝间距下第二条裂缝转向角度与其动态缝长的关系图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施方式作进一步地详细描述。参见图1，本专利技术实施例提供了一种模拟水平井分段压裂裂缝扩展轨迹的方法，包括以下步骤：S100收集储层、裂缝和压裂施工参数。S200基于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种模拟水平井分段压裂裂缝扩展轨迹的方法，其特征在于，包括以下步骤：S100收集储层、裂缝和压裂施工参数；S200基于所述收集的参数，建立水力裂缝诱导应力场模型；S300结合所述水力裂缝诱导应力场模型，应用应力强度因子理论，建立水平井水力裂缝扩展轨迹模型。

【技术特征摘要】
1.一种模拟水平井分段压裂裂缝扩展轨迹的方法，其特征在于，包括以下步骤：S100收集储层、裂缝和压裂施工参数；S200基于所述收集的参数，建立水力裂缝诱导应力场模型；S300结合所述水力裂缝诱导应力场模型，应用应力强度因子理论，建立水平井水力裂缝扩展轨迹模型。2.根据权利要求1所述的模拟水平井分段压裂裂缝扩展轨迹的方法，其特征在于，所述收集的参数包括三向主应力、储层厚度、孔隙度、泊松比、渗滤系数、水平井方位角、井斜角、裂缝长度、裂缝净压力。3.根据权利要求2所述的模拟水平井分段压裂裂缝扩展轨迹的方法，其特征在于，所述步骤S200具体为：基于所述收集的参数，建立二维垂直裂缝的诱导应力计算模型；结合所述诱导应力计算模型，将第一条水力压裂裂缝产生的诱导应力与原地应力叠加，得到第二条水力压裂裂缝在直角原地应力坐标系下的应力场分布；将所述第二条水力压裂裂缝在直角原地应力坐标系下的应力场分布转换为水平井井筒坐标系下的应力场分布；考虑压裂液滤失和井筒内压力的因素，将所述水平井井筒坐标系下的应力场分布转换为水平井井筒极坐标系下的应力场分布，即水力裂缝诱导应力场模型。4.根据权利要求3所述的模拟水平井分段压裂裂缝扩展轨迹的方法，其特征在于，所述步骤S300具体为：将水平井井筒极坐标系下的应力场分布转化为第二条水力压裂裂缝尖端的极坐标系下的应力场分布；通过第二条水力压裂裂缝尖端的极坐标系下的应力场分布并结合应力强度因子理论，判断裂缝是否扩展；基于裂缝是否扩展的判断结果，进行第一次扩展轨迹计算；类推第一次扩展轨迹计算结果，进行第二次及后续次数的扩展轨迹计算。5.根据权利要求4所述的模拟水平井分段压裂裂缝扩展轨迹的方法，其特征在于，所述二维垂直裂缝的诱导应力计算模型为：σfinx=-prc(c2r1r2)32sinθsin32(θ1+θ2)-p[r(r1r2)12cos(θ-12θ1-12θ2)-1]---(1)]]>σfinz=+prc(c2r1r2)32sinθsin32(θ1+θ2)-p[r(r1r2)12cos(θ-12θ1-12θ2)-1]---(2)]]>τfinxz=-prc(c2r1r2)32sinθcos32(θ1+θ2)---(3)]]>由Hooker定律可得：σfiny＝ν(σfinx+σfinz)(4)式中：σfinx——裂缝在x方向产生的诱导正应力，MPa；p——裂缝内流体净压力，MPa；r——任意一点距离第一条裂缝中心的距离，m；r1、r2——任意一点分别距离第一条裂缝两个尖端的距离，m；h——裂缝长度，m；c——裂缝半长，c＝h/2，m；θ——任意一点与裂缝中心连线轨迹与裂缝剖面的夹角，°；θ1、θ2——任意一点与第一条裂缝两个尖端连线轨迹与裂缝剖面的夹角，°；σfinz——裂缝在z方向产生的诱导正应力，MPa；τfinxz——裂缝在垂直于x轴指向z方向产生的诱导剪应力，MPa；σfiny——裂缝在y方向产生的诱导正应力，MPa；υ——地层岩石泊松比，无因次；其中，各几何参数间存在以下关系：{c=h/2r=z2+x2r1=x2+(z+c)2r2=x2+(z-c)2---(5)]]>θ=tan-1(x/z)θ1=tan-1[x/(c-z)]θ2=tan-1[x/(c+z)]---(6)]]>式中：z——任意一点在z方向上的坐标，m；x——任意一点在x方向上的坐标，m。6.根据权利要求5所述的模拟水平井分段压裂裂缝扩展轨迹的方法，其特征在于，所述水力裂缝诱导应力场模型为：将第一条水力压裂裂缝产生的诱导应力与原地应力叠加，得到直角原地应力坐标系下的地层三向主应力场分布：σH*=σH+v(σfinx+σfinz)σh*=σh+σfinx&si...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾凡辉，唐波涛，郭建春，王小魏，陶亮，程小昭，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：四川;51