一种燃爆压裂缝数量和长度预测模型的构建方法及设备

1.本发明属于油气田开发技术领域，更具体地，涉及一种燃爆压裂缝数量和长度预测模型的构建方法及设备。


背景技术：

2.尽管水力压裂技术被广泛用于增产技术，但仍存在成本高、环境污染、诱发地震等问题，而且只能产生一条垂直于最小主应力方向的裂缝。由于其强大的瞬态冲击力，爆炸压裂技术可以在钻孔附近快速生成十几条裂缝甚至复杂的裂缝网络。然而，它很容易破坏井筒的完整性并造成安全风险。因而提出利用甲烷原位燃爆来减少水资源消耗、防止地层污染、促进不受应力控制的多条裂缝扩展。
3.作为一种高效环保的新型无水压裂技术，甲烷原位爆燃压裂技术利用储层中甲烷爆炸反应产生的高温高压气体和氧气等氧化剂冲击页岩储层，形成裂缝网络，为页岩气提供高效的输送通道，最终达到增产的目的。但其作为页岩气储层改造的新方法，在开发模式及参数优化方面仍有很多困难和挑战，需进一步的探究。
4.在油气开发领域，储层产生裂缝的数量和长度是影响油气井增产效果的关键因素。然而影响裂缝数量和长度的因素较多，包括储层地质静态参数、燃爆压裂施工参数、生产动态参数等方面因素，各参数之间的关系难以用单一表达式表示。通常情况下采用数值模拟的方法(有限元、离散元、扩展有限元、连续非连续单元法等)计算裂缝数量和长度，但存在数值模拟时间长、裂缝参数描述不精确等问题。


技术实现要素：

5.针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种燃爆压裂缝数量和长度预测模型的构建方法及设备，其根据岩石的力学参数进行压裂实验测得膛压曲线和孔压曲线，并据此建立裂缝起裂模型计算裂缝数量和初始裂缝长度，最后建立裂缝扩展模型计算裂缝长度，因此本发明建立的燃爆压裂裂缝预测模型力学意义明确，可以准确地预测不同实验条件下产生的裂缝数量和长度，对于甲烷燃爆压裂技术的裂缝控制和参数优化具有重要的理论研究意义和较高的工程应用价值。
6.为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提出了一种燃爆压裂缝数量和长度预测模型的构建方法及设备，包括以下步骤：
7.s100获取岩石的力学参数；
8.s200根据所述力学参数，选择岩石的相似材料作为试样，对试样进行压裂实验，以获取膛压和孔压的升压曲线；
9.s300根据所述力学参数、膛压和孔压的升压曲线建立裂缝起裂模型，计算裂缝数量和初始长度；
10.s400基于所述裂缝数量和初始长度构建裂缝扩展模型，计算裂缝扩展长度。
11.作为进一步优选的，步骤s100包括以下步骤：
12.进行多种室内实验获取岩石的力学参数；
13.具体的，首先测得岩石密度；然后进行单轴压缩试验测得岩石的抗压强度、弹性模量和泊松比；最后进行巴西劈裂试验测得岩石的抗拉强度。
14.作为进一步优选的，步骤s200包括以下步骤：
15.s201根据岩石的力学参数选择岩石的相似材料，并浇筑试样；
16.s202对试样进行燃爆压裂实验并测量致裂管内的膛压曲线和作用在孔壁上的孔压曲线；
17.s203根据膛压和孔压的升压曲线分别得到膛压和孔压的峰值压力和升压速率。
18.作为进一步优选的，步骤s300包括以下步骤：
19.s301根据所述力学参数、膛压和孔压的升压曲线计算燃爆生成的气体密度，并基于裂缝起裂模型计算裂缝的初始长度和宽度；
20.s302计算流经裂缝入口的气体质量；
21.s303根据气体质量守恒计算裂缝数量。
22.作为进一步优选的，所述气体密度为：
23.ρ＝pm/rt
24.式中，t是峰值温度，p是膛压峰值压力，m是气体的分子质量，r是理想气体常数；
25.所述裂缝的初始长度为：
[0026][0027]
式中，σ
td
是动态拉伸强度；p
p
是孔压峰值压力，rw是炮孔半径，α是应力波衰减指数，b＝1-β2，μd＝0.8μ，μ是静态泊松比，β是岩石的横波速度与纵波速度的比值；
[0028]
裂缝的初始宽度为：
[0029]
w0＝πr
s2
/h，或者
[0030]
式中，rs是射孔通道的半径，h是试样高度，e为弹性模量；
[0031]
所述气体质量为：
[0032][0033]
式中，c
p
材料纵波速度，αs是比例系数，γ是孔压升压速率，σ是地应
[0034]
所述裂缝数量为：
[0035][0036]
作为进一步优选的，步骤s400包括以下步骤：
[0037]
s401将得到孔压曲线划分为n个时间步，得到的裂缝数量n0、初始长度l0以及岩石力学参数均为输入数据；
[0038]
s402假设裂缝尖端与气体尖端不重合，设定气体贯入深度和气体尖端与裂缝入口
压力比的初值满足：
[0039]
0＜θ
″
(t)＜1,p
″
(θ”,t)＝0
[0040]
式中，θ”(t)是气体贯入深度；p”(θ”,t)是气体尖端与裂缝入口压力比；
[0041]
s403根据应力强度因子判据计算得到气体压力分布指数m；
[0042]
s404计算得到第i时间步气体密度、裂缝张开位移、气体流动速度、裂缝扩展速度以及气体滤失速度，n≥i＞0；
[0043]
s405判断气体在裂缝中的流动过程满足质量守恒，若是，进入步骤s406，否则返回至步骤s403，改变气体贯入深度的值；
[0044]
s406重复步骤s403至步骤s405，进行下一时间步的裂缝扩展计算，直至n个时间步计算完成。
[0045]
作为进一步优选的，所述步骤s405还包括：若气体在裂缝中的流动过程不满足质量守恒：
[0046]
且当θ
″
(t)≤0时仍不满足守恒条件，则设定气体贯入深度和气体尖端与裂缝入口压力比的初值满足：
[0047]
0＜p
″
(θ”,t)＜1,θ
″
(t)＝0
[0048]
并执行步骤重复步骤s403至步骤s404，判断气体在裂缝中的流动过程满足质量守恒，若是，进入步骤s406，否则，改变p”(θ”,t)的值，返回步骤s403；
[0049]
若改变p”(θ”,t)的值，且p
″
(θ,t)≥1时仍不满足守恒条件，则第i时间步裂缝不会扩展，进入步骤s406，以进行下一时间步的裂缝扩展计算。
[0050]
作为进一步优选的，所述气体压力分布指数m为：
[0051][0052]
式中，k为应力强度因子，lf为裂缝长度，p(θ,t)是压力分布函数,σ是地应力,θ是计算点的相对位置，即横坐标值与裂缝长度之比；
[0053]
步骤s404中，所述气体密度为：
[0054][0055]
式中，mg是分子气体质量，pk(θ)和tk(θ)分别是相对位置θ处的气体压力和温度，r是理想气体常数；
[0056]
所述裂缝张开位移为：
[0057][0058]
式中，μ是气体粘度系数，为第k时间步的裂缝长度，θ1和θ2分别是裂缝扩展过程中的瞬时长度和微段长度；
[0059]
所述气体流动速度为：
[0060][0061]
式中，ε是表面粗糙度，a，b均为实验测量值，是缝内气体压力梯度；
[0062]
所述裂缝扩展速度为：
[0063][0064]
式中，cr是瑞利波速度，k
ic
是岩石的断裂韧性，p为缝内气体压力；
[0065]
所述气体滤失速度为：
[0066][0067]
式中，β是气体压缩系数，k0是渗透率，φ是孔隙率，μ是气体粘度系数，l1是气体穿透深度；
[0068]
步骤s405中判断气体在裂缝中的流动过程质量守恒的模型为：
[0069][0070]
式中，是气体流入质量流量，是压差作用下的气体过滤质量流量，和分别是第k和第k-1时间步计算得到的裂缝中的气体质量。
[0071]
按照本发明的另一个方面，还提供了一种燃爆压裂缝数量和长度预测模型的构建系统，包括：
[0072]
第一主控模块，用于获取岩石的力学参数；
[0073]
第二主控模块，用于根据所述力学参数，选择岩石的相似材料作为试样，对试样进行压裂实验，以获取膛压和孔压的升压曲线；
[0074]
第三主控模块，用于根据所述力学参数、膛压和孔压的升压曲线建立裂缝起裂模型，计算裂缝数量和初始长度；
[0075]
第四主控模块，用于基于所述裂缝数量和初始长度构建裂缝扩展模型，计算裂缝扩展长度。
[0076]
按照本发明的另一个方面，还提供了一种电子设备，包括：
[0077]
至少一个处理器、至少一个存储器和通信接口；其中，
[0078]
所述处理器、存储器和通信接口相互间进行通信；
[0079]
所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令，以执行上述任意一种燃爆压裂缝数量和长度预测模型的构建方法。
[0080]
按照本发明的另一个方面，还提供了一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行上述任意一种燃爆压裂缝数量和长度预测模型的构建方法。
[0081]
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：
[0082]
1.本发明根据岩石的力学参数进行压裂实验测得膛压曲线和孔压曲线，并据此建立裂缝起裂模型计算裂缝数量和初始裂缝长度，最后建立裂缝扩展模型计算裂缝长度，因此本发明建立的燃爆压裂裂缝预测模型力学意义明确，可以准确地预测不同实验条件下产生的裂缝数量和长度，对于甲烷燃爆压裂技术的裂缝控制和参数优化具有重要的理论研究意义和较高的工程应用价值。
[0083]
2.本发明的模型参数物理意义明确，可以快速准确地计算出燃爆压裂产生的裂缝数量和长度，对于甲烷燃爆压裂技术的裂缝控制和参数优化具有重要的理论研究意义和较高的工程应用价值。
[0084]
3.本发明的模型精度和理论严谨性，与试验数据和与以往模型的比较，强于拟合方法，与数学模型相比使用更少的训练样本获得更高的预测精度，与数值模拟方法相比计算时间更少，体现了模型的优越性。
[0085]
4.本发明方法构建的模型，不但可以应用于甲烷燃爆压裂，还可以应用到其他压裂技术领域(水力裂缝中层内的爆燃技术和高能气体压裂技术等)，体现了模型的适用性。
附图说明
[0086]
图1是本发明实施例涉及的一种燃爆压裂缝数量和长度预测模型的构建方法的流程图；
[0087]
图2是本发明实施例涉及的基于裂缝起裂模型的裂缝数量和初始长度计算流程图；
[0088]
图3是本发明实施例涉及的基于裂缝扩展模型的裂缝长度计算流程图；
[0089]
图4中的(a)为本发明实施例计算得到的裂缝长度随时间变化的曲线，图4中的(b)为本发明实施例计算得到的压力分布随时间变化曲线。
具体实施方式
[0090]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0091]
下面对本发明第一实施方式的燃爆压裂裂缝数量和长度预测模型的构建方法的实现细节进行说明，以下内容仅为方便理解而提供的实现细节，并非实施本方案的必须。
[0092]
本实施方式的具体流程图如图1所示，具体包括：
[0093]
s100进行多种室内实验获取岩石的力学参数。
[0094]
具体地，多种室内试验包括岩石密度测定试验、单轴压缩试验、巴西劈裂试验。相应地，岩石的力学参数包括密度、抗压强度、抗拉强度、弹性模量、泊松比和剪切模量。
[0095]
s200选择力学参数相似材料，进行压裂实验获取膛压和孔压的升压曲线。具体地，步骤s200包括以下过程：
[0096]
s201根据岩石的力学参数选择岩石相似材料，并浇筑试样。
[0097]
更具体地，根据测得的岩石密度、抗压强度和抗拉强度选择相似材料，浇筑的试样尺寸最小为直径和高度均为1m的圆柱，并在其中心预留贯穿孔模拟井筒。
[0098]
s202进行燃爆压裂实验并测量致裂管内的膛压曲线和作用在孔壁上的孔压曲线。
[0099]
更具体地，进行燃爆压裂实验地步骤包括：将确保密封性合格的致裂管装置放入模拟井筒内，检查致裂管顶盖部件的安装，用粗砂和速凝石膏填充模拟井筒，连接高压脉冲点火系统和传感器采集系统，测试和调整传感器和瞬态信号采集仪的采集参数设置，使用区分的管路依次充装甲烷和氧气至指定压力，充装完成后及时撤出充装系统，启动电源进行起爆，保存测得的压力曲线并记录裂缝参数。
[0100]
更具体地，采集系统中两个压力传感器分别放置在致裂管端部和致裂管与井壁之间测量致裂管内的膛压时程曲线和作用在井壁上的孔压时程曲线。
[0101]
s203根据膛压和孔压的升压曲线分别得到膛压和孔压的峰值压力和升压速率。
[0102]
s300结合得到的力学参数和压力参数建立裂缝起裂模型，计算裂缝数量和初始长度。具体地，如图2所示，步骤s300包括以下过程：
[0103]
s301根据现有参数计算燃爆生成的气体密度，裂缝的初始长度和宽度：
[0104]
ρ＝pm/rt
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0105]
其中，t是峰值温度；p是膛压峰值压力；m是气体的分子质量；r是理想气体常数。
[0106][0107]
其中，σ
td
是动态拉伸强度；p
p
是孔压峰值压力；rw是炮孔半径；α是应力波衰减指数，α＝2-μd/(1-μd)；b＝1-β2，μd是动态泊松比，β是岩石的横波速度与纵波速度的比值。
[0108]
w0＝πr
s2
/h
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0109]
其中，rs是射孔通道的半径；h是试样高度。
[0110]
更具体地，动态抗拉强度和动态泊松比可由下式计算：
[0111]
σ
td
＝k
t
σ
t
，μd＝0.8μ
[0112]
其中，k
t
是岩石在动态载荷下的抗拉强度增加系数；σ
t
是静态抗拉强度；μ是静态泊松比。
[0113]
可选地，如果钻孔压力不易测量，可以用冲击载荷幅值和地应计算初始裂缝长度。
[0114]
可选地，裂缝初始宽度也可按照下式计算：
[0115][0116]
其中，e为弹性模量。
[0117]
s302计算流经裂缝入口的气体质量：
[0118][0119]
其中，c
p
材料纵波速度；αs是比例系数；γ是孔压升压速率；σ是地应力。
[0120]
s303根据气体质量守恒计算裂缝数量：
[0121][0122]
s400结合得到的裂缝数量和初始长度建立裂缝扩展模型，计算裂缝扩展长度。具
体地，如图3所示，步骤s400包括以下过程：
[0123]
s401将得到孔压曲线划分为n个时间步，得到的裂缝数量n0、初始长度l0以及岩石力学参数均为输入数据；
[0124]
s402先假设裂缝尖端与气体尖端不重合，指定θ”(t)和p”(θ”,t)的初值满足：
[0125]
0＜θ
″
(t)＜1,p
″
(θ”,t)＝0
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0126]
其中，θ”(t)是气体贯入深度；p”(θ”,t)是气体尖端与裂缝入口压力比。
[0127]
s403根据应力强度因子判据计算得到气体压力分布指数m：
[0128][0129]
其中，p(θ,t)是压力分布函数。
[0130][0131]
其中，p(0,t)是该时刻裂缝入口处的压力；p(θ”,t)是该时刻气体流动尖端处的压力。
[0132]
更具体地，求解m时可假设燃爆裂缝内爆生气体压力分布指数m的初值为1，运用牛顿迭代法寻找满足裂缝起裂扩展判据的缝内爆生气体压力分布指数m。
[0133]
s404计算得到该时刻气体密度，裂缝张开位移，气体流动速度，裂缝扩展速度以及气体滤失速度：
[0134][0135]
其中，mg是分子气体质量，pk(θ)和tk(θ)是相对位置θ处的气体压力和温度。
[0136][0137]
其中，θ1和θ2是裂缝扩展过程中的瞬时长度和微段长度；g是剪切模量。
[0138][0139]
其中，ε是表面粗糙度；a，b是huit实验测量值，a＝0.1，b＝0.5。
[0140][0141]
其中，cr是瑞利波速度；k
ic
是岩石的断裂韧性。
[0142][0143]
其中，β是气体压缩系数，k0是渗透率，φ是孔隙率，μ是气体粘度系数，l1是气体穿透深度。
[0144]
s405判断气体在裂缝中的流动过程满足质量守恒：
[0145][0146]
其中，是气体流入质量流量，是压差作用下的气体过滤质量流量，是裂缝中的气体质量：
[0147][0148][0149][0150]
若满足守恒方程，令进行下一时间步的裂缝扩展计算；若不满足，改变θ”(t)的值(0《θ”(t)《1)，返回步骤s403。
[0151]
更具体地，令p”(θ”,t)＝0，并从θ”(t)＝0时开始迭代，求取压力分布以及s404中各种参数，寻找满足守恒方程的气体贯入深度θ”(t)。
[0152]
s406如果当θ
″
(t)≥1时仍不满足守恒条件，则假设裂缝尖端与气体尖端重合指定θ”(t)和p”(θ”,t)的初值满足：
[0153]
0＜p
″
(θ”,t)＜1,θ
″
(t)＝0
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(18)
[0154]
执行步骤s403-s404，判断气体在裂缝中的流动过程满足质量守恒。若满足守恒方程，令进行下一时间步的裂缝扩展计算；若不满足，改变p”(θ”,t)的值(0《p”(θ”,t)《1)，返回步骤s403。
[0155]
更具体地，令θ”(t)＝1，并从p”(θ”,t)＝0时开始迭代，求取压力分布以及s404中各种参数，寻找满足守恒方程的气体尖端与裂缝入口处的压力之比p”(θ”,t)。
[0156]
s407如果当p
″
(θ,t)≥1时仍不满足守恒条件，则说明该时间步裂缝不会扩展，则进行下一时间步的裂缝扩展计算；
[0157]
s408重复步骤s402-s407，直至全部时间步计算完成。
[0158]
为了进一步的说明本技术的技术方案，以下以举例的形式进行说明(应当理解其仅为多种实施例中的一种)：
[0159]
先进行多种室内试验测定岩石力学参数，见表1。
[0160]
表1岩石力学参数
[0161]
力学参数值力学参数值材料密度(kg/m3)2280弹性模量(gpa)22.52抗压强度(mpa)84.08泊松比0.24抗拉强度(mpa)6.84剪切模量(gpa)9.08
[0162]
再根据力学参数选取水泥灌浆料作为相似材料，浇筑直径和高度均为1米的圆柱试样进行燃爆压裂试验。实验后观察到试样产生了9条裂缝，裂缝长度范围为1.25～1.5m。
[0163]
根据冲击波传感器测得的压力曲线提取到的压力参数如表2所示。
[0164]
表2压力参数
[0165][0166]
将力学参数和压力参数带入起裂模型中，计算得到其裂缝数量为9，初始长度为0.0218m。最后将上述参数带入裂缝扩展模型中，计算得到的裂缝长度和气体分布随时间变化如图4所示。计算得到的裂缝长度为1.277m，且在整个裂隙扩展过程中，裂隙尖端和气体尖端呈现出重合、非重合、最终重合的变化过程。
[0167]
进一步的，基于上述实施例的内容，作为一种可选的实施例，本发明实施例中提供的一种燃爆压裂缝数量和长度预测模型的构建系统，包括：
[0168]
第一主控模块，用于获取岩石的力学参数；第二主控模块，用于根据所述力学参数，选择岩石的相似材料作为试样，对试样进行压裂实验，以获取膛压和孔压的升压曲线；第三主控模块，用于根据所述力学参数、膛压和孔压的升压曲线建立裂缝起裂模型，计算裂缝数量和初始长度；第四主控模块，用于基于所述裂缝数量和初始长度构建裂缝扩展模型，计算裂缝扩展长度。该系统用于实现上述任意实施例涉及的方法。
[0169]
本发明实施例的方法是依托电子设备实现的，因此对相关的电子设备有必要做一下介绍。基于此目的，如本发明的实施例提供了一种电子设备，该电子设备包括：至少一个处理器(processor)、通信接口(communications interface)、至少一个存储器(memory)和通信总线，其中，至少一个处理器，通信接口，至少一个存储器通过通信总线完成相互间的通信。至少一个处理器可以调用至少一个存储器中的逻辑指令，以执行前述各个方法实施例提供的方法的全部或部分步骤。
[0170]
此外，上述的至少一个存储器中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个方法实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0171]
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
[0172]
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该
计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
[0173]
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种燃爆压裂缝数量和长度预测模型的构建方法，其特征在于，包括以下步骤：s100获取岩石的力学参数；s200根据所述力学参数，选择岩石的相似材料作为试样，对试样进行压裂实验，以获取膛压和孔压的升压曲线；s300根据所述力学参数、膛压和孔压的升压曲线建立裂缝起裂模型，计算裂缝数量和初始长度；s400基于所述裂缝数量和初始长度构建裂缝扩展模型，计算裂缝扩展长度。2.根据权利要求1所述的一种燃爆压裂缝数量和长度预测模型的构建方法，其特征在于，步骤s100包括以下步骤：进行多种室内实验获取岩石的力学参数；具体的，首先测得岩石密度；然后进行单轴压缩试验测得岩石的抗压强度、弹性模量和泊松比；最后进行巴西劈裂试验测得岩石的抗拉强度。3.根据权利要求1所述的一种燃爆压裂缝数量和长度预测模型的构建方法，其特征在于，步骤s200包括以下步骤：s201根据岩石的力学参数选择岩石的相似材料，并浇筑试样；s202对试样进行燃爆压裂实验并测量致裂管内的膛压曲线和作用在孔壁上的孔压曲线；s203根据膛压和孔压的升压曲线分别得到膛压和孔压的峰值压力和升压速率。4.根据权利要求1所述的一种燃爆压裂缝数量和长度预测模型的构建方法，其特征在于，步骤s300包括以下步骤：s301根据所述力学参数、膛压和孔压的升压曲线计算燃爆生成的气体密度，并基于裂缝起裂模型计算裂缝的初始长度和宽度；s302计算流经裂缝入口的气体质量；s303根据气体质量守恒计算裂缝数量。5.根据权利要求1所述的一种燃爆压裂缝数量和长度预测模型的构建方法，其特征在于，步骤s400包括以下步骤：s401将得到孔压曲线划分为n个时间步，得到的裂缝数量n0、初始长度l0以及岩石力学参数均为输入数据；s402假设裂缝尖端与气体尖端不重合，设定气体贯入深度和气体尖端与裂缝入口压力比的初值满足：0＜θ
″
(t)＜1,p
″
(θ”,t)＝0式中，θ”(t)是气体贯入深度；p”(θ”,t)是气体尖端与裂缝入口压力比；s403根据应力强度因子判据计算得到气体压力分布指数m；s404计算得到第i时间步气体密度、裂缝张开位移、气体流动速度、裂缝扩展速度以及气体滤失速度，n≥i＞0；s405判断气体在裂缝中的流动过程满足质量守恒，若是，进入步骤s406，否则返回至步骤s403，改变气体贯入深度的值；s406重复步骤s403至步骤s405，进行下一时间步的裂缝扩展计算，直至n个时间步计算完成。
6.根据权利要求5所述的一种燃爆压裂缝数量和长度预测模型的构建方法，其特征在于，所述步骤s405还包括：若气体在裂缝中的流动过程不满足质量守恒：且当θ
″
(t)≤0时仍不满足守恒条件，则设定气体贯入深度和气体尖端与裂缝入口压力比的初值满足：0＜p
″
(θ”,t)＜1,θ
″
(t)＝0并执行步骤重复步骤s403至步骤s404，判断气体在裂缝中的流动过程满足质量守恒，若是，进入步骤s406，否则，改变p”(θ”,t)的值，返回步骤s403；若改变p”(θ”,t)的值，且p
″
(θ,t)≥1时仍不满足守恒条件，则第i时间步裂缝不会扩展，进入步骤s406，以进行下一时间步的裂缝扩展计算。7.根据权利要求6所述的一种燃爆压裂缝数量和长度预测模型的构建方法，其特征在于，所述气体压力分布指数m为：式中，k为应力强度因子；l
f
为裂缝长度；p(θ,t)是压力分布函数；σ是地应力；θ是计算点的相对位置，即横坐标值与裂缝长度之比；步骤s404中，所述气体密度为：式中，m
g
是分子气体质量，p
k
(θ)和t
k
(θ)分别是相对位置θ处的气体压力和温度，r是理想气体常数；所述裂缝张开位移为：式中，μ是气体粘度系数，为第k时间步的裂缝长度，θ1和θ2分别是裂缝扩展过程中的瞬时长度和微段长度；所述气体流动速度为：式中，ε是表面粗糙度，a，b均为实验测量值，是缝内气体压力梯度；所述裂缝扩展速度为：式中，c
r
是瑞利波速度，k
ic
是岩石的断裂韧性，p为缝内气体压力；所述气体滤失速度为：
式中，β是气体压缩系数，k0是渗透率，φ是孔隙率，μ是气体粘度系数，l1是气体穿透深度；步骤s405中判断气体在裂缝中的流动过程质量守恒的模型为：式中，是气体流入质量流量，是压差作用下的气体过滤质量流量，和分别是第k和第k-1时间步计算得到的裂缝中的气体质量。8.一种燃爆压裂缝数量和长度预测模型的构建系统，其特征在于，包括：第一主控模块，用于获取岩石的力学参数；第二主控模块，用于根据所述力学参数，选择岩石的相似材料作为试样，对试样进行压裂实验，以获取膛压和孔压的升压曲线；第三主控模块，用于根据所述力学参数、膛压和孔压的升压曲线建立裂缝起裂模型，计算裂缝数量和初始长度；第四主控模块，用于基于所述裂缝数量和初始长度构建裂缝扩展模型，计算裂缝扩展长度。9.一种电子设备，其特征在于，包括：至少一个处理器、至少一个存储器和通信接口；其中，所述处理器、存储器和通信接口相互间进行通信；所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令，以执行权利要求1至7任一项权利要求所述的方法。10.一种非暂态计算机可读存储介质，其特征在于，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行权利要求1至中7任一项权利要求所述的方法。

技术总结
本发明属于油气田开发技术领域，并具体公开了一种燃爆压裂缝数量和长度预测模型的构建方法及设备。所述方法包括：获取岩石的力学参数；根据所述力学参数，选择岩石的相似材料作为试样，对试样进行压裂实验，以获取膛压和孔压的升压曲线；根据所述力学参数、膛压和孔压的升压曲线建立裂缝起裂模型，计算裂缝数量和初始长度；基于所述裂缝数量和初始长度构建裂缝扩展模型，计算裂缝扩展长度。本发明建立的燃爆压裂裂缝预测模型力学意义明确，可以准确地预测不同实验条件下产生的裂缝数量和长度，对于甲烷燃爆压裂技术的裂缝控制和参数优化具有重要的理论研究意义和较高的工程应用价值。价值。价值。


技术研发人员：江堃 邓守春 李海波
受保护的技术使用者：中国科学院武汉岩土力学研究所
技术研发日：2023.07.10
技术公布日：2023/10/15