(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210690810.9 (22)申请日 2022.06.17 (71)申请人 西南石油大 学 地址 610500 四川省成 都市新都区新都大 道8号 (72)发明人 赵金洲　蒋豪　任岚　林然　 吴建发　王振华　 (74)专利代理 机构 成都其知创新专利代理事务 所(普通合伙) 51326 专利代理师 房立普 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/28(2020.01) G06F 17/11(2006.01) G06F 113/08(2020.01)G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种考虑热效应的高温深层页岩地层水力 裂缝扩展计算方法 (57)摘要 本发明公开了一种考虑热效应的高温深层 页岩地层水力裂缝扩展计算方法， 包括： 收集高 温深层页岩水平井的地层参数、 流体物性参数、 工程参数； 建立流体流动、 岩石变形以及近缝地 层能量控制方程； 对流体流动、 岩石变形 以及近 缝地层能量控制方程进行离散； 结合初边值条 件， 组装离散方程， 求解水力裂缝的长度、 宽度， 缝内压力、 缝内和缝壁温度以及各簇进液量； 基 于最大张应力准则， 确定裂缝是否扩展及其延伸 方位； 继续进行下一时步内的裂缝扩展计算， 直 到压裂时间结束， 确定压裂结束时各簇裂缝形 态。 本发明解决了现有计算方法不能考虑到这种 附加热应力给裂缝扩展所带来的影响这一客观 因素的问题， 完善了高温页岩地层的水力压裂优 化理论与方法。 权利要求书6页 说明书14页 附图2页 CN 114970281 A 2022.08.30 CN 114970281 A 1.一种考虑热效应的高温深层页岩地层水力裂缝扩展计算方法， 其特征在于， 包括以 下步骤： 建立缝内流体流动控制方程、 井筒流体流动控制方程、 缝内和近缝地层能量控制方程 和岩石变形控制方程及其离 散格式； 根据目标深层页岩水平井的地层参数、 流体物性参数、 射孔参数， 组装各控制方程的离 散格式并结合初边值条件， 确定压裂过程中各簇裂缝的长度、 高度、 宽度以及缝内压力、 缝 内、 缝壁温度和各簇进液量； 根据目标深层页岩水平井的地层参数、 射孔参数以及各簇裂缝尖端单元位移不连续 量， 并基于最大张应力准则确定 压裂过程中各簇裂缝尖端转向角度； 根据压裂过程中各簇裂缝尖端转向角度、 各簇裂缝分得压裂液流量继续进行下一 时步 的裂缝扩展计算， 直到压裂时间结束， 确定压裂结束时各簇裂缝长度、 裂缝高度、 裂缝宽度 数据； 根据压裂结束时各簇裂缝长度、 裂缝高度、 裂缝宽度数据绘制裂缝 形态。 2.根据权利要求1所述的一种考虑热效应的高温深层页岩地层水力裂缝扩展计算方 法， 其特征在于， 所述缝内流体流动控制方程 为： 式中： w为缝宽， m； t为时间， s； Qi为i裂缝的注入流量， m3/s； xin,i为i裂缝注入点坐标； p 为裂缝内压力， Pa； CL为滤失系数， m ·s1/2； δ 为Kronecker符号； μ为液体粘度， Pa ·s； 所述井筒流体流动控制方程 为： 其中： 式中： pheel为水平井跟端注入压力， Pa； pf,i为第i簇裂缝缝口处压力， Pa； Δppf,i为第i簇 射孔孔眼处的摩阻压降， Pa； Δpw,j为第j段水平井段内流体流动 压降， Pa； npf为射孔孔眼数 量， 个； dpf为射孔孔眼直径， m； α 为孔眼流量系数， 无量纲； ρl为压裂液密度， kg/m3； Lw,j为第j 段水平井长度， m； qw,j为第j段水平井流量， m3/s； Q为压裂液总流量， m3/s； dw为水平井筒直 径， m； i为各簇裂缝编号； j为各 段水平井段编号； 所述缝内和近缝地层能量控制方程包括： 缝内流体能量守恒方程：权　利　要　求　书 1/6 页 2 CN 114970281 A 2其中： 式中： Tf为裂缝内液体的温度， ℃； Vl为平均缝宽下的液体流速， m/s； ρl为液体密度， k g/ m3； cl为液体比热容， J/(kg ·℃)； Tfw裂缝壁面的温度， ℃； αT为换热系数， W/(m2·℃)； kl为 液体的热传导系数， W/(m ·℃)； Nu为Nusselt数； 地层岩石能量守恒方程： 其中： keff＝φkl+(1‑φ)kr ( ρ c)eff＝φρlcl+(1‑φ)ρrcr 式中： Tr为地层岩 石温度， ℃； y为任 意点距裂缝壁面的垂向距离， m； keff为多孔介质有效 热传导系数， W/(m ·℃)； ( ρ c)eff为液体和岩石有效比热容和密度的乘积； 为岩石孔隙度， 无量纲； kr为地层岩石的热传导系 数， W/(m·℃)； ρr为地层岩石密度， kg/m3； cr为地层岩石 比热容， J/(kg ·℃)； 裂缝壁面的能量守恒方程： 式中： δL为滤失带厚度， m； 所述岩石变形控制方程 为： 式中： eij为应变张量， 无因次； ui,j为位移的导数， 无因次； σij为应力张量， Pa， σij， j为j方 向的应力张量 导数， Pa/m； G为岩石剪切模量， Pa； δij为Kronecker函数。 3.根据权利要求2所述的一种考虑热效应的高温深层页岩地层水力裂缝扩展计算方 法， 其特征在于， 所述离 散格式包括： 流体流动控制方程式离 散格式： 权　利　要　求　书 2/6 页 3 CN 114970281 A 3