一种自支撑裂缝初始形态构建方法技术

本发明专利技术公开了一种自支撑裂缝初始形态构建方法，包括：（A）获取目标储层岩石，加工为长方体岩板，将其沿垂直于高度方向一分为二，形成A、B两个粗糙裂缝面；（B）采集A、B两个裂缝面的表面形貌数据，进行降噪和插值处理，得到“初始高度矩阵”

【技术实现步骤摘要】
一种自支撑裂缝初始形态构建方法
本专利技术涉及石油天然气勘探开发领域，尤其是水力压裂领域中一种自支撑裂缝初始形态构建方法。
技术介绍
水力压裂技术是低渗透油气藏增产改造的重要措施。水力压裂是利用地面高压泵组，以超过地层吸收能力的排量将压裂液泵入地层来产生裂缝，然后继续注入带有支撑剂(砂粒)的压裂液，使裂缝继续延伸并在其中充填支撑剂，当压裂液返排后，在地层压力作用下，支撑剂在裂缝中起到支撑裂缝的作用，阻止裂缝闭合，从而在地层中形成具有一定长度、允许流体流动的填砂裂缝。清水压裂是水力压裂的一种形式，被广泛应用于致密砂岩、页岩等油气藏的增产改造中。它具体是指在压裂过程中不加入支撑剂(砂粒)，仅通过将低粘度的压裂液泵入地层来产生裂缝。地下岩石性质差异较大，压裂形成的裂缝表面一般凹凸不平，同时还会在剪切作用下发生错位，因此即使不加入支撑剂，裂缝表面的凸点之间也可以相互支撑形成自支撑裂缝，使裂缝在地层压力作用下仍能保持一定开启程度和流动通道，从而达到改善油气流动条件和油气井增产的目的。由于自支撑裂缝内未充填支撑剂，裂缝形态将直接决定着内部流动通道分布，进而影响油气流量大小。因此，准确构建自支撑裂缝形态对于清水压裂后产量预测和油气藏增产潜力评价具有十分重要的意义。裂缝初始形态是指裂缝的两个粗糙壁面刚接触时所对应的裂缝形态。自支撑裂缝仅依靠表面凹凸不平的凸起相互支撑以阻止裂缝闭合，但在高地层压力作用下，大量裂缝表面凸起将会受压变形，甚至被压碎，这个过程中裂缝形态变化十分复杂，构建难度也较大。本专利技术所建立的裂缝形态构建方法则主要是针对自支撑裂缝的初始形态，即自支撑裂缝未发生变形和破碎情况。噪点在不同的情况下具有不同的含义，在数据采集过程中的噪点主要是指由于仪器本身缺陷或外部干扰而导致结果中出现的一些明显不正常的数据点。天然裂缝是相对于人工裂缝而言的，指的是地层中由于地壳运动或其他自然因素而天然存在的一类裂缝。天然裂缝一般处于闭合状态，人工裂缝在向前延伸的过程中与天然裂缝相交后，压裂液将侵入天然裂缝，从而促使天然裂缝张开，甚至发生错位。目前针对自支撑裂缝初始形态构建，国内外学者已提出了多种方法，主要包括随机裂缝形态方法、规则裂缝形态方法以及分形方法，但这些方法普遍存在计算量大、计算过程复杂、构建精度差等缺陷，不具备针对性和实用性，难以进行推广。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种自支撑裂缝初始形态构建方法，该方法原理可靠，操作简单，能够准确构建出自支撑裂缝的初始形态，进而为清水压裂后产量预测和增产潜力评价提供有效指导。为达到以上技术目的，本专利技术提供以下技术方案。考虑到地下真实自支撑裂缝的初始形态难以直接获取，本专利技术先获取地层岩石，再运用人工手段将岩石剖开，形成两个粗糙裂缝面并采集得到裂缝表面形貌数据，然后对表面形貌数据进行系列变换以模拟地下真实自支撑裂缝，最后利用变换后的表面形貌数据作图，从而间接构建出自支撑裂缝的初始形态。一种自支撑裂缝初始形态构建方法，依次包括以下步骤：(A)获取目标储层岩石，将其加工为长方体岩板，并通过劈裂、剪切或者其它方式将其沿垂直于高度方向一分为二，形成A、B两个粗糙裂缝面；(B)采集A、B两个裂缝面的表面形貌数据，并对数据进行降噪和插值处理，得到“初始高度矩阵”分别为A0、B0；(C)基于步骤B，对裂缝面进行净值化处理，由A0、B0得到“净高度矩阵”A1、B1；(D)基于步骤C，对裂缝面进行反向处理，由A1、B1得到“反向高度矩阵”A2、B2；(E)基于步骤D，对裂缝面进行错位处理，由A2、B2得到“错位高度矩阵”A3、B3；(F)基于步骤E，对裂缝面进行触碰处理，由A3、B3得到“接触高度矩阵”A4、B4；(G)基于步骤F，利用A4、B4作图，即可得到自支撑裂缝的初始形态。所述步骤(B)中，采集的裂缝表面形貌数据主要为裂缝面各点的位置，及其距离岩板底面的垂直距离(即高度)。数据采集可以通过表面轮廓仪实现，一般表面轮廓仪采集得到的数据主要包括裂缝面各点在岩板底面所在平面上的横坐标、纵坐标以及对应高度值。由于表面轮廓仪本身缺陷或人为干扰等原因，采集得到的表面形貌数据往往存在部分噪点，因此需要进行降噪处理，去除该部分数据点；同时，为满足数据完整性和后续矩阵运算要求，还需要进一步补全噪点区域数据点。常用数据补全方法有很多，本专利技术优选克里金插值法作为噪点区域的数据补全方法。下面对克里金插值法的操作步骤进行详细介绍(张靖.基于克里金算法的点云数据插值研究[D].长安大学,2014)：假设采集得到的数据点共有N个，其中噪点有M个，则正常数据点共有(N-M)个。克里金插值主要是根据(N-M)个正常点的坐标、对应高度值和M个噪点的坐标估算M个噪点的高度值。1)计算所有正常数据点之间的距离和半方差；对于任意两点Pi(i＝1,2,···,N-M)、Pj(j＝1,2,···,N-M且j≠i)，其坐标分别为(xi,yi)、(xj,yj)，高度值分别为Z(xi,yi)、Z(xj,yj)，则Pi与Pj之间的距离dij和半方差rij可通过下式计算：2)以dij为横坐标，rij为纵坐标，将dij，rij绘制成散点图，并进行数据拟合，得到函数关系r＝f(d)；3)根据函数关系r＝f(d)和所有正常数据点间的距离dij重新计算其对应的半方差4)利用噪点坐标(xk,yk)(k＝N-M+1,N-M+2,···,N)计算其与所有正常数据点之间的距离dki，并根据函数关系r＝f(d)计算对应的半方差5)根据求解以下线性方程组，得到最优权重系数λki；(其中n＝N-M)6)根据最优权重系数λki和所有正常数据点的高度值Z(xi,yi)，按下式加权得到所有噪点的高度值：在进行降噪和插值处理后，为了方便后续数据处理，还需将采集得到的数据点按顺序放置于“初始高度矩阵”中，该矩阵的行数和列数取决于表面轮廓仪的数据采集精度。以A裂缝面为例，其对应的“初始高度矩阵”为A0，则有如下关系存在：A0＝(aij)m×n(i＝1,2,…,m；j＝1,2,…,n)(4)aij＝Z(iΔx-Δx,jΔy-Δy)(5)m＝int(w/Δx)+1(6)n＝int(l/Δy)+1(7)式中aij——矩阵A0中第i行、第j列元素；m——矩阵A0的行数；n——矩阵A0的列数；Z(iΔx-Δx,jΔy-Δy)——横坐标iΔx-Δx、纵坐标jΔy-Δy所对应的裂缝面高度，mm；Δx——岩板底面所在平面上x方向(对应于岩板宽度方向)的数据采集精度，mm；Δy——岩板底面所在平面上y方向(对应于岩板长度方向)的数据采集精度，mm；w——岩板宽度(裂缝宽度)，mm；l——岩板长度(裂缝长度)，mm；int(x)——为取整函数，即只截取x中的整数部分，例如：int(5.34)＝5。受数据采集精度影响，w/Δx和l/Δy可能非整数，而数据采集一般是等间距采集，因此该处运用取整函数求取矩阵A0的行数和列数。综上所述，可由A裂缝面的表面形貌数据得到其对应的“初始高度矩阵”A0，B裂缝面的处理方式与A裂缝面相同，即可由B裂缝面的表面形貌数据得到其对应的“初始高度矩阵”B0。后续对裂缝表面形貌数据的处理则主要是通过矩阵运算的方式进行。所述步骤(C)中，净值化处理是指用裂缝面上所有点的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自支撑裂缝初始形态构建方法，依次包括以下步骤：(A)获取目标储层岩石，加工为长方体岩板，将其沿垂直于高度方向一分为二，形成A、B两个粗糙裂缝面；(B)采集A、B两个裂缝面的表面形貌数据，对数据进行降噪和插值处理，得到“初始高度矩阵”分别为A0、B0；(C)对裂缝面进行净值化处理，由A0、B0得到“净高度矩阵”A1、B1；(D)对裂缝面进行反向处理，由A1、B1得到“反向高度矩阵”A2、B2；(E)对裂缝面进行错位处理，由A2、B2得到“错位高度矩阵”A3、B3；(F)对裂缝面进行触碰处理，由A3、B3得到“接触高度矩阵”A4、B4；(G)利用A4、B4作图，即可得到自支撑裂缝的初始形态。

【技术特征摘要】
1.一种自支撑裂缝初始形态构建方法，依次包括以下步骤：(A)获取目标储层岩石，加工为长方体岩板，将其沿垂直于高度方向一分为二，形成A、B两个粗糙裂缝面；(B)采集A、B两个裂缝面的表面形貌数据，对数据进行降噪和插值处理，得到“初始高度矩阵”分别为A0、B0；(C)对裂缝面进行净值化处理，由A0、B0得到“净高度矩阵”A1、B1；(D)对裂缝面进行反向处理，由A1、B1得到“反向高度矩阵”A2、B2；(E)对裂缝面进行错位处理，由A2、B2得到“错位高度矩阵”A3、B3；(F)对裂缝面进行触碰处理，由A3、B3得到“接触高度矩阵”A4、B4；(G)利用A4、B4作图，即可得到自支撑裂缝的初始形态。2.如权利要求1所述的一种自支撑裂缝初始形态构建方法，其特征在于，所述步骤(B)包括：将采集得到的表面形貌数据进行降噪和插值处理后，以A裂缝面为例，得到其对应的“初始高度矩阵”A0：A0＝(aij)m×n(i＝1,2,…,m；j＝1,2,…,n)aij＝Z(iΔx-Δx,jΔy-Δy)m＝int(w/Δx)+1n＝int(l/Δy)+1式中aij——矩阵A0中第i行、第j列元素；m——矩阵A0的行数；n——矩阵A0的列数；Z(iΔx-Δx,jΔy-Δy)——横坐标iΔx-Δx、纵坐标jΔy-Δy所对应的裂缝面高度，mm；Δx——岩板底面所在平面上x方向(对应于岩板宽度方向)的数据采集精度，mm；Δy——岩板底面所在平面上y方向(对应于岩板长度方向)的数据采集精度，mm；w——岩板宽度(裂缝宽度)，mm；l——岩板长度(裂缝长度)，mm；int(x)——为取整函数，即只截取x中的整数部分；由B裂缝面的表面形貌数据得到其对应的“初始高度矩阵”B0。3.如权利要求1所述的一种自支撑裂缝初始形态构建方法，其特征在于，所述步骤(C)中，对裂缝面进行净值化处理是指用裂缝面上所有点的高度值减去裂缝面最低点的高度值，以此来消除岩板厚度对数据处理结果的影响，净值化处理后得到A、B两个裂缝面的“净高度矩阵”A1、B1：A1＝A0-[min(A0)]m×nB1＝B0-[min(B0)]m×n式中A1——A裂缝面对应的“净高度矩阵”；B1——B裂缝面对应的“净高度矩阵”；min(A0)——矩阵A0中最小的元素值；min(B0)——矩阵B0中最小的元素值。4.如权利要求1所述的一种自支撑裂缝初始形态构建方法，其特征在于，所述步骤(D)中，对裂缝面进行反向处理是指对A裂缝面进行反向处理，得到A、B两个裂缝面的“反向高度矩阵”A2、B2：A2＝[max(A1)]m×n-A1+[max(B1)]m×nB2＝B1式中A2——A裂缝面对应的“反向高度矩阵”；B2——B裂缝面对应的“反向高度矩阵”；max(A1)——矩阵A1中最大的元素值；max(B1)——矩阵B1中最大的元素值。5.如权利要求1所述的一种自支撑裂缝初始形态构建方法，其特征在于，所述步骤(E)中，对裂缝面进行错位处理，是指删除A裂缝面长度方向末端和B裂缝面长度方向起始端的数据点，得到A、B两个裂缝面的“错位高度矩阵”A3、B3：A3＝(bij)m×n′(i＝1,2,…,m；j＝1,2,…,n′)B3＝(cij)m×n′(i＝1,2,…,m；j＝u+1,u+2,…,n)n′＝n-int(...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢聪，罗扬，郭建春，卢宇，陈迟，钟烨，苟兴豪，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：四川,51