[发明专利]利用实验手段计算应力作用下粗糙错位裂缝变形量的方法

说明书

本发明公开了利用实验手段计算应力作用下粗糙错位裂缝变形量的方法，该方法将目标储层页岩加工为长方体岩样，并劈裂分为两个具有粗糙表面的岩板，将两个岩板的粗糙表面错位放置形成错位裂缝后，采用逆向计算思路对错位裂缝形态受力变形进行建模，通过多次对裂缝面施压给定位移量，计算给定位移量下裂缝所受的应力，最终绘制“应力‑位移”图版，即可得到应力与位移的关系曲线。本发明原理可靠，可对错位裂缝进行分析计算，为井下裂缝的变形情况预测提供理论依据。

技术领域

本发明涉及石油领域，尤其是页岩清水压裂过中，利用实验手段计算应力作用下粗糙错位裂缝变形量的方法。

背景技术

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，被广泛应用于页岩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，裂缝会在应力作用下迅速发生变形，裂缝宽度减小，进而影响油气流量大小。因此，计算应力作用下错位裂缝的缝宽变形量，进而估算裂缝的剩余宽度，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。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用实验手段计算应力作用下粗糙错位裂缝变形量的方法。该方法将目标储层页岩加工为长方体岩样，并劈裂分为两个具有粗糙表面的岩板，将两个岩板的粗糙表面错位放置形成错位裂缝，该方法原理可靠，可对该错位裂缝进行分析计算，为井下裂缝的变形情况预测提供理论依据。

为达到以上技术目的，本发明采用以下技术方案：采用逆向计算思路对错位裂缝形态受力变形进行建模，通过多次对裂缝面施压给定位移量，计算给定位移量下裂缝所受的应力，最终绘制“应力-位移”图版，即可得到应力与位移的关系曲线。

利用专利CN201510319382.9中所述的岩板裂缝面数据获取方法，利用三维激光扫描仪对两块裂缝面进行扫描，获取裂缝面的三维数据，并对岩板建立空间直角坐标系，取岩板长度方向为横轴，宽度方向为纵轴，高度方向为竖轴，其中，横轴和纵轴所在的平面为水平面。

利用实验手段计算应力作用下粗糙错位裂缝变形量的方法，依次包括以下步骤：

(A)将岩样劈裂分为两个具有粗糙表面的岩板，将两个岩板的粗糙表面错位放置形成错位裂缝，对扫描获取的裂缝面三维数据进行坐标变换处理，获取上裂缝面高度矩阵Z_u和下裂缝面高度矩阵Z_d；

(B)对上裂缝面施加向下的给定初始位移量Z₀，获得裂缝形态变形矩阵Z_c，并得到上裂缝面与下裂缝面的总压缩量矩阵Z_t；

(C)在竖轴方向上对裂缝面进行立方单元离散，选定一个离散单元，上裂缝面的高度Z₁，下裂缝面的高度Z₂，并通过矩阵Z_t可得到上裂缝面与下裂缝面的总压缩量ΔZ，利用公式(1)计算该离散单元中上裂缝面的压缩量ΔZ₁：

上式中：ΔZ₁—选定离散单元中，上裂缝面的压缩量；

Z₁—选定离散单元中，上裂缝面的高度；