CN111520135A - 一种页岩自支撑裂缝初始导流能力预测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种页岩自支撑裂缝初始导流能力预测方法，主要步骤：首先采集具有天然裂缝的页岩储层段露头，沿天然裂缝延伸方向将露头岩样切割为方形岩板；采用雕刻刀在方形岩板中心位置沿岩板长度方向预制划痕，使用巴西劈裂法，将岩板劈裂为一对具有粗糙裂缝面的劈裂岩样；然后用激光扫描仪获取劈裂岩样的裂缝面粗糙形貌数据，计算粗糙裂缝面面积迂曲度；利用计算得到的面积迂曲度和剪切滑移量计算自支撑裂缝的平均缝宽；最后，计算自支撑裂缝初始导流能力。本发明的预测模型所预测的导流能力与实测值具有较高的拟合性，能够对实际页岩储层导流能力进行有效预测。

Description

一种页岩自支撑裂缝初始导流能力预测方法

技术领域

本发明涉及石油与天然气开发技术领域，特别涉及一种页岩自支撑裂缝初始导流能力预测方法。

背景技术

页岩气已经成为全球非常规资源勘探开发的热点。水力压裂是实现页岩气开发的有效手段。目前在页岩油气压裂中多采用滑溜水携砂进行改造，由于滑溜水携砂能力有限，压裂施工后大部分裂缝中没有支撑剂充填，裂缝面主要依靠剪切滑移后凹凸不平的微凸点形成自支撑以提供导流。这种自支撑效应，对于页岩油气的增产具有重要作用。裂缝导流能力是评价流体在裂缝中流动性的指标，裂缝导流能力越高，流体在裂缝中的流动性就越好。裂缝导流能力可划分为初始导流能力和闭合应力条件下导流能力变化率，初始导流能力是指裂缝在不受闭合压力作用，两个裂缝表面刚好接触但不相互挤压状态下的导流能力，闭合应力条件下导流能力变化率是指在闭合压力作用下，导流能力随着闭合压力的增大而减少的速度。

目前国内外对于自支撑裂缝导流能力的获取主要采用试验测试的方法，将取自页岩露头岩样或者井下岩心，采用人工劈裂的方法获取粗糙裂缝表面，将劈裂岩样剪切错位后组合封装再利用导流能力测试仪测试其导流能力。然而，室内初始导流能力测试实验流程复杂，操作繁索，不仅如此实验测试所用的岩心难以获取，制备岩样花费昂贵。如能建立导流能力预测模型，将对压裂施工设计起到重要的推进作用。而初始导流能力的预测方法的建立则是建立导流能力预测模型的重要基础。

发明内容

本发明的目的是提供一种页岩自支撑裂缝初始导流能力的预测方法。

本发明提供的页岩自支撑裂缝初始导流能力预测方法，包括以下步骤：

步骤S1、采集具有天然裂缝的页岩储层段露头，沿天然裂缝延伸方向将露头岩样切割为一定尺寸的方形岩板；

步骤S2、采用雕刻刀在加工好的方形岩板中心位置沿岩板长度方向预制划痕。使用巴西劈裂法，将岩板劈裂为一对具有粗糙裂缝面的劈裂岩样。

步骤S3、用激光扫描仪获取步骤S2所述的具有粗糙裂缝面的劈裂岩样的裂缝面粗糙形貌数据，并依据如下公式计算粗糙裂缝面面积迂曲度R_s：

式中：R_s是面积迂曲度；A_s是粗糙裂缝面实际面积；A_n是粗糙裂缝面投影面积。

根据三维数字化扫描仪获取的裂缝形貌点云数据可以采用以下公式计算裂缝面的实际面积：

式中：x是点云数据的x方向坐标；y是点云数据的y方向坐标；z是点云数据的z方向坐标。

投影面积的计算公式如下:

A_n＝l*h (3)

式中：l是岩板长度；h是岩板宽度。

步骤S4、计算自支撑裂缝的剪切滑移量u_s；

步骤S5、利用步骤S3中计算得到的R_s和步骤S4中计算得到的u_s来计算自支撑裂缝的平均缝宽w；根据面积迂曲度R_s和剪切滑移量u_s的取值大小不同，分别采用不同的公式计算初始缝宽。

当1＜R_s＜1.4，0＜u_s＜12.5mm时，平均缝宽w的计算公式如下：

w＝0.309u_sR_s+1.02 (4)

当1＜R_s＜1.4，u_s≥12.5mm时，平均缝宽w的计算公式如下：

w＝4.57R_s (5)

当R_s≥1.4，0＜u_s＜7.5mm时，平均缝宽w的计算公式如下：

w＝0.165u_sR_s+1.7 (6)

当R_s≥1.4，7.5≤u_s＜16mm时，平均缝宽w的计算公式如下：

w＝0.3u_sR_s+1.62 (7)

当R_s≥1.4，u_s≥16mm时，平均缝宽w的计算公式如下：

w＝7.3R_s (8)

步骤S6、根据步骤S5中计算得到的裂缝面平均缝宽w，计算自支撑裂缝初始导流能力F_CD，公式如下：

式中，w是裂缝面平均缝宽，mm；R_s是面积迂曲度。

上述方法中，步骤S4中，剪切滑移量u_s的计算，可以采用现有的各种具体方法计算。这里提供了一种剪切滑移量u_s的计算方法，供参考使用。步骤S4中，剪切滑移量u_s可以采用整条裂缝的平均滑移量

即

平均滑移量

的计算方法步骤如下：

步骤S41、计算自支撑裂缝不同位置处的剪切滑移量，计算公式如下：

式中，u_s是自支撑裂缝面滑移量，mm；

k是Kolosov常数，k＝3-4v；

v是泊松比，无因次；

G是剪切模量，MPa；

δ₃是最大水平主应力，MPa；

δ₁是最小水平主应力，MPa；

θ是天然裂缝与最大水平主应力的夹角，°；

L是自支撑裂缝半长，m；

x是沿缝长方向任意点坐标，m。

步骤S42、根据步骤S41计算出的不同位置处的剪切滑移量值，从裂缝中心位置开始剪切滑移量每变化0.5mm分为一段，计算每段的平均滑移量；

步骤S43、将步骤S42中计算得到的每段平均滑移量进行加权，得到整条裂缝的平均滑移量

公式如下：

式中，u_sn是每段自支撑裂缝面平均滑移量，mm；n是整条裂缝划分段数。

计算出整条裂缝的平均滑移量

以后，与之对应的是，步骤S5中，利用步骤S3中计算得到的R_s和步骤S4中计算得到的

来计算自支撑裂缝的平均缝宽w。

当1＜R_s＜1.4，

时，平均缝宽w的计算公式如下：

当1＜R_s＜1.4，

时，平均缝宽w的计算公式如下：

w＝4.57R_s

当R_s≥1.4，

时，平均缝宽w的计算公式如下：

当R_s≥1.4，

时，平均缝宽w的计算公式如下：

当R_s≥1.4，

时，平均缝宽w的计算公式如下：

w＝7.3R_s。

与现有技术相比，本发明的有益之处在于：

本发明的预测模型所预测的导流能力与实测值具有较高的拟合性，能够对实际页岩储层导流能力进行有效预测。初始导流能力的预测方法的建立则是建立导流能力预测模型的重要基础。可以克服室内初始导流能力测试实验流程复杂，操作繁索，实验测试所用的岩心难以获取，制备岩样花费昂贵等不足。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明实施例中自支撑裂缝的受力图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

图1为本发明实施例中自支撑裂缝的受力图。

本发明的提供的页岩自支撑裂缝初始导流能力预测方法，其步骤如下：

步骤S1、采集具有天然裂缝的页岩储层段露头，沿天然裂缝延伸方向将露头岩样切割为一定尺寸的带天然裂缝的方形岩板，编号1。

步骤S2、采用雕刻刀在加工好的方形岩板中心位置沿岩板长度方向预制划痕；使用巴西劈裂法，将岩板劈裂为一对具有粗糙裂缝面的劈裂岩样。

步骤S3、用激光扫描仪获取步骤S2所述的具有粗糙裂缝面的劈裂岩样的裂缝面粗糙形貌数据，并根据公式(1)-(3)计算出面积迂曲度R_s。

步骤S4、计算自支撑裂缝剪切滑移量u_s，这里采用整条裂缝的平均滑移量

代替剪切滑移量u_s，即

平均滑移量

的计算方法步骤如下：

步骤S41、计算自支撑裂缝不同位置处剪切滑移量；计算公式如下：

已知N201井地质资料获得最大水平主应力δ₃为57.45MPa，最小水平主应力δ₁为47.7MPa，储层剪切模量G＝24201.6MPa。根据成像测井，天然裂缝半长l＝9m，天然裂缝与最大水平主应力夹角θ为30°。计算结果见表1第2列数据。

步骤S42、根据步骤S41计算出的不同位置处的剪切滑移量值，从裂缝中心位置开始剪切滑移量每变化0.5mm分为一段，计算每段的平均滑移量。计算结果见表1第3列和第4列数据。

步骤S43、将步骤S42中计算得到的每段平均滑移量进行加权，得到整条裂缝的平均滑移量

表1裂缝不同位置处剪切滑移量

步骤S5、利用步骤S3中计算的面积迂曲度R_s和步骤S4中计算得到的整条裂缝的平均剪切滑移量

计算裂缝面平均缝宽w，计算结果见表2。其中，计算平均缝宽w的公式是：

表2粗糙裂缝面平均缝宽计算结果

步骤S6、利用步骤S5中计算得到的整条裂缝的平均剪切滑移量下的裂缝面平均缝宽w计算页岩自支撑裂缝初始导流能力，计算公式如下：

计算结果见表3。可以看出，本发明的计算方法得出的初始导流能力与实验测得的初始导流能力接近。由此证明，本发明的所预测的导流能力与实测值具有较高的拟合性，能够对实际页岩储层导流能力进行有效预测。

表3页岩自支撑裂缝初始导流能力计算结果

实施例2

本发明的提供的页岩自支撑裂缝初始导流能力预测方法，其步骤如下：

步骤S1、采集具有天然裂缝的页岩储层段露头，沿天然裂缝延伸方向将露头岩样切割为一定尺寸的带天然裂缝的方形岩板，编号2。

步骤S2、采用雕刻刀在加工好的方形岩板中心位置沿岩板长度方向预制划痕；使用巴西劈裂法，将岩板劈裂为一对具有粗糙裂缝面的劈裂岩样。

步骤S3、用激光扫描仪获取步骤S2所述的具有粗糙裂缝面的劈裂岩样的裂缝面粗糙形貌数据，并根据公式(1)-(3)计算出面积迂曲度R_s。

步骤S4、计算自支撑裂缝剪切滑移量u_s。这里可以采用现有技术中的其他方法计算剪切滑移量。

步骤S5、利用步骤S3中计算的面积迂曲度R_s和步骤S4中计算得到的剪切滑移量u_s，计算裂缝面平均缝宽w，计算结果见表4。其中，计算平均缝宽w的公式是：w＝0.165u_sR_s+1.7。

表4粗糙裂缝面平均缝宽计算结果

编号	面积迂曲度R<sub>s</sub>	裂缝面剪切滑移量u<sub>s</sub>	裂缝面平均缝宽w
				2	1.6	3.6375	2.66

步骤S6、利用步骤S5中计算得到的整条裂缝的平均剪切滑移量下的裂缝面平均缝宽w计算页岩自支撑裂缝初始导流能力，计算公式如下：

计算结果见表5。可以看出，本发明的计算方法得出的初始导流能力与实验测得的初始导流能力接近。由此证明，本发明的所预测的导流能力与实测值具有较高的拟合性，能够对实际页岩储层导流能力进行有效预测。

表5页岩自支撑裂缝初始导流能力计算结果

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (5)

1.一种页岩自支撑裂缝初始导流能力预测方法，其特征在于，步骤如下：

S1、采集具有天然裂缝的页岩储层段露头，沿天然裂缝延伸方向将露头岩样切割为方形岩板；

S2、采用雕刻刀在方形岩板中心位置沿岩板长度方向预制划痕，将岩板劈裂为一对具有粗糙裂缝面的劈裂岩样；

S3、用激光扫描仪获取步骤S2的具有粗糙裂缝面的劈裂岩样的裂缝面粗糙形貌数据，计算粗糙裂缝面面积迂曲度R_s；

S4、计算自支撑裂缝的剪切滑移量u_s；

S5、根据步骤S3中计算得到的R_s和步骤S4中计算得到的u_s计算自支撑裂缝的平均缝宽w；

当1＜R_s＜1.4，0＜u_s＜12.5mm时，平均缝宽w的计算公式如下：

w＝0.309u_sR_s+1.02

当1＜R_s＜1.4，u_s≥12.5mm时，平均缝宽w的计算公式如下：

w＝4.57R_s

当R_s≥1.4，0＜u_s＜7.5mm时，平均缝宽w的计算公式如下：

w＝0.165u_sR_s+1.7

当R_s≥1.4，7.5≤u_s＜16mm时，平均缝宽w的计算公式如下：

w＝0.3u_sR_s+1.62

当R_s≥1.4，u_s≥16mm时，平均缝宽w的计算公式如下：

w＝7.3R_s

S6、计算自支撑裂缝初始导流能力F_CD，公式如下：

式中，w是裂缝面平均缝宽，mm；R_s是面积迂曲度。

2.如权利要求1所述的页岩自支撑裂缝初始导流能力预测方法，其特征在于，所述步骤S3中，粗糙裂缝面面积迂曲度R_s计算公式如下：

式中：A_s是粗糙裂缝面实际面积；A_n是粗糙裂缝面投影面积。

3.如权利要求2所述的页岩自支撑裂缝初始导流能力预测方法，其特征在于，所述粗糙裂缝面实际面积A_s是根据三维数字化扫描仪获取的裂缝形貌点云数据，并采用如下方式计算：

式中：x是点云数据的x方向坐标；y是点云数据的y方向坐标；z是点云数据的z方向坐标。

4.如权利要求2所述的页岩自支撑裂缝初始导流能力预测方法，其特征在于，所述投影面积A_n的计算公式如下:

A_n＝l×h

式中：l是岩板长度；h是岩板宽度。

5.如权利要求1所述的页岩自支撑裂缝初始导流能力预测方法，其特征在于，步骤S2中，使用巴西劈裂法，将岩板劈裂为一对具有粗糙裂缝面的劈裂岩样。

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