(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 202210841214.6 (22)申请日 2022.07.18 (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 路千里　母青平　郭建春　刘壮　 张航　曾冀　何乐　何颂根　 (74)专利代理 机构 北京中索 知识产权代理有限 公司 11640 专利代理师 唐亭 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/10(2020.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种页岩储层粘土矿物水化膨胀致裂数值 模拟方法 (57)摘要 本发明公开了一种页岩储层粘土矿物水化 膨胀致裂数值模拟方法， 包括以下步骤： S1： 获取 目标储层的宏观力学参数以及目标储层粘土矿 物的基本资料， 所述基本资料包括粘土矿物的分 布特征、 几何形状、 几何参数、 微观力学参数、 最 大膨胀率； S2： 根据步骤S1获取的参数， 建立含有 粘土矿物的有限元物理模型； S3： 建立粘土矿物 膨胀裂缝起裂与扩展数学模型； S4： 根据步骤S2 和步骤S3获取的模型， 开展粘土矿物水化膨胀致 裂数值模拟， 分析不同膨胀率条件 下的裂缝扩展 形态。 本发明能够利用数值模拟方法， 更直观准 确的获取不同膨胀率下的裂缝扩展形态， 为油气 田增产改造提供技 术支持。 权利要求书1页 说明书5页 附图2页 CN 115062520 A 2022.09.16 CN 115062520 A 1.一种页岩储层粘土矿物水化 膨胀致裂数值模拟方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： S1： 获取目标储层的宏观力学参数以及目标储层粘土矿物的基本资料， 所述基本资料 包括粘土矿物的分布特 征、 几何形状、 几何参数、 微观力学参数、 最大膨胀率； S2： 根据步骤S1 获取的参数， 建立含有粘土矿物的有限元物理模型； S3： 建立粘土矿物膨胀裂缝起裂与扩展数 学模型； S4： 根据步骤S2和步骤S3获取的模型， 开展粘土矿物水化膨胀致裂数值模拟， 分析不同 膨胀率条件下的裂缝扩展形态。 2.根据权利要求1所述的页岩储层粘土矿物水化膨胀致裂数值模拟方法， 其特征在于， 步骤S1中， 目标储层的宏观力学参数包括杨氏模量、 泊松比以及抗拉强度。 3.根据权利要求2所述的页岩储层粘土矿物水化膨胀致裂数值模拟方法， 其特征在于， 步骤S1中， 目标储层的宏观力学参数通过三轴岩石力学实验获取。 4.根据权利要求1所述的页岩储层粘土矿物水化膨胀致裂数值模拟方法， 其特征在于， 步骤S1中， 粘土矿物的微观力学参数包括杨氏模量和泊松比。 5.根据权利要求4所述的页岩储层粘土矿物水化膨胀致裂数值模拟方法， 其特征在于， 步骤S1中， 粘土矿物的分布特征通过偏光显微镜观测实验获取， 粘土矿物的几何形状和几 何参数通过扫描电镜观测实验获取， 粘土矿物的杨氏模量通过纳米压痕实验获取， 粘土矿 物的泊松比取 经验值， 粘土矿物的最大膨胀率 通过粘土矿物膨胀率实验获取。 6.根据权利要求1 ‑5中任意一项所述的页岩储层粘土矿物水化膨胀致裂数值模拟方 法， 其特征在于， 步骤S3中， 所述粘土矿物膨胀裂缝起裂与扩展数 学模型包括： (1)考虑水化 膨胀效应的页岩应力场模型： 式中： σx、 σy分别为微元在x、 y方向的应力； E为杨氏模 量； μ为泊松比； εx、 εy分别为微元在 x、 y方向的应 变； Δω为含水量变化； αx、 αy分别为粘土矿物在x、 y方向的吸水膨胀系数； (2)裂缝起裂准则 σ ≤[σ ]                                (2) 式中： σ 为微元所受到的最大拉应力； [σ ]为 抗拉强度； (3)裂缝扩展判据 式中： GC为临界断裂能释放率； GⅠC、 GⅡC分别为法向、 第一切向裂缝断裂韧度； GⅠ、 GⅡ、 GⅢ分 别为法向、 第一切向、 第二切向裂缝能量释放 率； n为各向应力在其对应位移上的功。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115062520 A 2一种页岩储层粘土矿物水化膨 胀致裂数值模拟方 法 技术领域 [0001]本发明涉及油气田增 产改造技术领域， 特别涉及 一种页岩储层粘土矿物水化膨胀 致裂数值模拟方法。 背景技术 [0002]随着页岩气勘探开发技术的进步， 我国页岩气产量有了大幅度的提升， 页岩气在 国家能源 结构中的比重逐年增加， 2021年页岩气年产量已经突破230亿立方米。 近年来中国 南方海相页岩气勘探开发不断取得突破， 四川盆地及其周缘地区的五峰组—龙马溪组深层 页岩气具有巨大的资源潜力， 是页岩气勘探开发的重要接替层系。 [0003]但孔隙度和渗透率极低的页岩储层无法自然形成工业产能， 需要借助水力压裂等 增产改造措施在地层中形成复杂缝网， 并通过焖井措施提高页岩气井产量， 如川南深层页 岩井气压后通常焖井2～35d。 大量实验表明， 焖井期 间页岩储层中的粘土矿物与压裂液接 触时会发生水化现象， 粘土矿物吸水膨胀时诱导产生大量微裂缝， 改善储层渗透能力。 目 前， 国内外对粘土矿物水化膨胀诱导裂缝的研究主要集中在CT和扫描电镜等实验观测方 向， 实验手段 具有成本较高、 实验结果 易受实验方法影响、 不可重复等 不足。 发明内容 [0004]针对上述问题， 本发明旨在提供一种页岩储层粘土矿物水化膨胀致裂数值模拟 方 法。 [0005]本发明的技 术方案如下： [0006]一种页岩储层粘土矿物水化 膨胀致裂数值模拟方法， 包括以下步骤： [0007]S1： 获取目标储层的宏观力学参数以及目标储层粘土矿物的基本资料， 所述基本 资料包括粘土矿物的分布特 征、 几何形状、 几何参数、 微观力学参数、 最大膨胀率； [0008]S2： 根据步骤S1 获取的参数， 建立含有粘土矿物的有限元物理模型； [0009]S3： 建立粘土矿物膨胀裂缝起裂与扩展数 学模型； [0010]S4： 根据步骤S2和步骤S3 获取的模型， 开展粘土矿物 水化膨胀致裂数值模拟， 分析 不同膨胀率条件下的裂缝扩展形态。 [0011]作为优选， 步骤S1中， 目标储层的宏观力学参数包括杨氏模量、 泊松比以及抗拉强 度。 [0012]作为优选， 步骤S1中， 目标储层的宏观力学参数通过三轴岩石力学实验获取。 [0013]作为优选， 步骤S1中， 粘土矿物的微观力学参数包括杨氏模量和泊松比。 [0014]作为优选， 步骤S1中， 粘土矿物的分布特征通过偏光显微镜观测实验获取， 粘土矿 物的几何形状和几何参数通过扫描电镜观测实验获取， 粘土矿物的杨氏模量通过纳米压痕 实验获取， 粘土矿物的泊松比取经验值， 粘土矿物的最大膨胀率通过粘土矿物膨胀率实验 获取。 [0015]作为优选， 步骤S3中， 所述粘土矿物膨胀裂缝起裂与扩展数 学模型包括：说　明　书 1/5 页 3 CN 115062520 A 3