[发明专利]一种考虑层间弱面的裂缝形态预测方法

说明书

本发明公开了一种考虑层间弱面的裂缝形态预测方法，包括以下步骤：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；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；确定裂缝延伸扩展准则；输入目标井区压裂井参数，建立压裂三维全耦合模型；模拟不同地质因素、工程因素对裂缝形态的影响。本发明基于有限元方法，建立全三维渗流‑应力耦合模型，使用Cohesive孔压单元预设2种裂缝面，考虑层间弱面或层理弱面，研究不同地质因素、工程因素对裂缝形态的影响，可快速预测含层间弱面储层压裂时裂缝形态并指导压裂施工参数设计。

技术领域

本发明涉及油气勘探开发技术领域，尤其涉及一种考虑层间弱面的裂缝形态预测方法。

背景技术

随着全球油气资源勘探开发逐渐转向非常规油气开发，水力压裂技术作为非常规油气井增产措施的一种，目前在我国得到了广泛应用。而非常规油气储层纵向上非均质性较强，如致密砂岩存在砂泥岩互层、泥岩隔层，页岩存在页岩-砂岩互层、页岩-碳酸盐岩互层，这种互层导致水力压裂时裂缝形态复杂且难以预测。如何根据实际地层互层交互情况，对裂缝形态进行预测，以指导施工参数的优化是目前面临的难题之一。

为研究交互地层中水力裂缝延伸形态，目前不少学者主要从二维和三维的角度建立模型进行研究。

二维模型研究方面：申请号202010545763.X的专利文献公开了一种基于离散元流固耦合的多簇压裂裂缝形态预测方法，该方法能有效考虑层间弱面对裂缝形态的影响，但未考虑第三维方向上液体的流动，与实际三维地层存在一定差距，具有一定局限性。

三维模型研究方面，申请号201910470372.3的专利文献公开了一种穿层压裂图版构建方法，该方法建立三维模型，研究了砂泥岩交互储层裂缝高度延伸规律，但未考虑层间弱面对裂缝形态的影响。

现有方法能考虑层间弱面的裂缝形态研究局限于二维模型，与实际三维地层存在一定差距，而三维模型难以考虑层间弱面的对裂缝形态的影响。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的不足，提供一种考虑层间弱面的裂缝形态预测方法，通过建立全三维渗流-应力耦合模型，考虑层间弱面对水力压裂的影响，进行裂缝形态预测。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案包括以下内容：

一种考虑层间弱面的裂缝形态预测方法，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。

优选的，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：