[发明专利]一种考虑天然裂缝的压裂液滤失速度计算方法

说明书

本发明公开了一种考虑天然裂缝的压裂液滤失速度计算方法，包括：(A)将缝长为L的天然裂缝划分为长度相等的N个单元体，将总计算时间T划分为间隔相同的M个时间节点；(B)假设在第k个时间节点天然裂缝入口处的压力估计值为(C)计算在第k个时间节点第i个单元体中的压力和天然裂缝的宽度(D)计算在第k个时间节点压裂液通过天然裂缝的滤失速度(E)计算在第k个时间节点天然裂缝入口处水力裂缝的宽度(F)确定在第k个时间节点天然裂缝入口处的压力计算值(G)设定求解精度ε，计算求解误差α，若α≤ε，步骤(D)得到的即为第k个时间节点压裂液通过天然裂缝的滤失速度。本发明能精确计算水力压裂过程中压裂液的滤失速度，为压裂方案设计提供有效指导。

技术领域：

本发明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考虑天然裂缝的压裂液滤失速度计算方法。

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水力裂缝，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和流动能力的填砂裂缝。

压裂液滤失是水力压裂过程中必然存在的现象，具体指的是压裂液在裂缝中流动时会渗透进入地层。压裂液的滤失流量(也称滤失速度)影响着裂缝中压力的分布情况，进而影响裂缝几何尺寸(长、宽、高)和储层增产改造效果，因此在水力压裂过程需要准确计算压裂液的滤失速度。

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。地层中的天然裂缝不会完全闭合，具有一定初始缝宽，当水力裂缝在延伸过程中与天然裂缝相交时，大量压裂液将通过天然裂缝滤失到地层，因此天然裂缝的存在对压裂液滤失速度具有显著影响，在计算过程中应特别考虑。

有限差分方法是一种常用的数值解法，它是在微分方程中用差商代替偏导数，得到相应的差分方程，通过解差分方程得到微分方程解的近似值。有限差分方法有显式和隐式两种格式，隐式差分格式是绝对稳定的，而显式差分格式则需满足一定条件才能达到稳定。

针对考虑天然裂缝的压裂液滤失速度计算方法，国内外学者已经做了许多相关研究，大多数都是采用渗流力学理论来描述天然裂缝中压裂液滤失情况，但压裂液在天然裂缝中的流动已经超出了渗流范畴，因此这些方法都不能很好地反映实际压裂液的滤失情况。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种考虑天然裂缝的压裂液滤失速度计算方法，该方法原理可靠，计算精度高，能够精确计算出水力压裂过程中压裂液的滤失速度，进而为压裂方案设计提供有效指导。

为达到以上技术目的，本发明提供以下技术方案。

在发育有天然裂缝的地层中，压裂液通过水力裂缝壁面的滤失速度要远小于其通过天然裂缝的滤失速度，所以在计算过程中可忽略水力裂缝壁面的滤失情况。在给定天然裂缝和岩石基础参数的前提下，本发明采用迭代方法先计算得到天然裂缝内压力分布情况，然后再求解压裂液通过天然裂缝的滤失速度。

一种考虑天然裂缝的压裂液滤失速度计算方法，依次包括以下步骤：

(A)将缝长为L的天然裂缝划分为长度相等的N个单元体，每个单元体的长度为L/N；同时将总计算时间T划分为间隔相同的M个时间节点，相邻时间节点的间隔时间为T/M；

(B)假设在第k个时间节点(k＝1,2,···,M)，水力裂缝与天然裂缝相交位置处，即天然裂缝入口处，其压力估计值为

(C)基于步骤(A)的划分结果和步骤(B)的假设，计算在第k个时间节点第i个单元体中的压力和天然裂缝的宽度

(D)基于步骤(C)的结果，计算在第k个时间节点压裂液通过天然裂缝的滤失速度