[发明专利]一种考虑层间弱面的裂缝形态预测方法

权利要求书

1.一种考虑层间弱面的裂缝形态预测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.根据获取到的实际交互地层的地层参数建立三维地质模型；

S2.基于应力平衡方程、连续性方程及边界条件，建立岩石渗流-应力耦合模型；

S3.确定裂缝延伸扩展准则；

S4.输入目标井区压裂井参数，建立压裂三维全耦合模型；

S5.模拟不同地质因素、工程因素对裂缝形态的影响。

2.根据权利要求1所述的一种考虑层间弱面的裂缝形态预测方法，其特征在于，所述步骤S2中建立岩石渗流-应力耦合模型方法为：

(1)基于多孔介质理论，根据虚功原理，建立岩石应力平衡方程：

式中，为固体骨架承受的有效应力，Pa；P_nw为非润湿相压力，Pa；I为[1,1,1,0,0,0]^T单位矩阵；δε为虚应变率矩阵，s^-1；t为面力矩阵，N/m³；δv为虚速度矩阵，m/s；f为体力矩阵，N/m³；dV为单元体，m³；S为积分空间表面，m²；

(2)基于物质守恒原理，认为岩石中流体流动满足达西定律，建立流体连续性方程：

式中，J为多孔介质体积变化率，无因次；n_ω为流体体积与总体积的比，无因次；ρ_ω为流体密度，kg/m³；x为空间向量，m；dt为时间增量步，s；v_ω为渗流速度，m/s；

(3)分别设置流量边界条件、孔压边界条件和位置边界条件：

其中，流量边界条件为：

式中，n为流量边界的单位法线方向；k为渗透率系数张量；q₀为单位时间里流过边界的总液体量；

其中，孔压边界条件可用P₀＝P_0b表示，即认为边界上孔压为一定值P_0b；

其中，位置边界条件用于约束X、Y、Z方向边界节点位移，令U_x＝0，U_y＝0，U_z＝0；

(4)通过定义形函数，采用Galerkin方法进行有限元离散可得到渗流-应力耦合方程：

式中：K＝∫_VB^TD_epBdV；

其中，N_u、B为定义的形函数矢量矩阵；为节点位移；为单元节点孔压；N_p为形函数；D_ep为弹性矩阵；m为转换矩阵；q_ob为边界上流体流量。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述岩石渗流-应力耦合模型包括岩石物性参数动态模型，所述岩石物性参数动态模型为：

(1)多场耦合的动态孔隙度模型：

式中，ω为热膨胀系数，1/k；ε_v为体积应变，无量纲；

(2)基于Kozeyn-cannan毛细管束模型推导的渗透率动态模型：

式中，ε_v为体积应变，无量纲；ω为热膨胀系数，1/k；ΔT为温度变化值，K；

(3)孔隙压缩系数动态模型：

式中，ε_v为体积应变，无量纲；ΔT为温度变化值，K；Δp为压力变化值，MPa。

4.根据权利要求1所述的一种考虑层间弱面的裂缝形态预测方法，其特征在于，所述步骤S3中，裂缝延伸扩展准则包括使用粘弹性Cohesive孔压单元预设2种裂缝面模拟裂缝起裂、扩展，裂缝面I垂直于最小主应力方向，裂缝面II存在于地层层面交界处，且裂缝面I和裂缝II相交。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述裂缝面I和裂缝面II相交的单元处存在4个孔隙压力点，通过将4个孔隙压力结点替换为一个共有孔隙压力结点，满足交汇点处流体压力的连续性条件。