本发明涉及裂缝性干热岩体的增产改造技术领域，尤其是一种干热岩体微裂缝热诱导的导流能力计算方法。
背景技术：
水力压裂工艺是深层干热岩地热资源经济高效开发的最有效改造手段之一，其目的是利用岩体的热诱导应力-应变机制，激活干热岩体内的微裂缝，形成具有较高热诱导导流能力的水流通道，实现高效注采和换热目的。
热诱导导流能力由原始机械开度和热诱导开度组成，原始机械开度是干热岩体微裂缝在原地状态下由自身粗糙度决定的开度，热诱导开度是高温干热岩体微裂缝在水力压裂冷流体不断注入过程中快速温降产生的应变开度。因此，准确计算干热岩体微裂缝的粗糙度和热诱导开度是干热岩体水力压裂优化设计的关键。
目前，干热岩体微裂缝的粗糙度往往采用露头岩心进行卡尺的多次标定，人为的多次标定既不能覆盖整个二维平面，也无法对细观微裂缝高度的准确测量，导致粗糙度标定结果与真实数据偏差过大；干热岩体微裂缝往往被假设为平面裂缝，在原地应力作用下为闭合压缩状态，导流计算中被默认为无效导流通道，忽略了粗糙微裂缝表面自支撑形成的原始机械开度；高温岩体微裂缝壁面的温降往往直接用高温岩体温度与注入冷流体温度之差表示，忽略了高温干热岩体的稳定热源作用，无法在微裂缝长度方向准确计算温降变化，计算得到的温降和热诱导开度均大于实际值。
技术实现要素：
本发明的目的是针对现有干热岩体微裂缝热诱导导流能力测定方法存在的不足，提供一种计算干热岩体微裂缝热诱导导流能力的新方法。
本发明提供的干热岩体微裂缝热诱导导流能力计算方法，步骤如下：
s1、采集含有微裂缝的干热岩体储层岩心，激光扫描获取微裂缝的二维平面的形貌数据。
具体方法是：采集含有微裂缝的干热岩储层岩心，沿微裂缝方向劈裂，切割制样为矩形岩板，利用激光扫描获取微裂缝二维平面的形貌数据。
以微裂缝长度方向为x方向，测量其长度为l，单位m；以微裂缝宽度方向为y方向，测量其宽度为w，单位m；利用激光扫描仪等间距扫描微裂缝，x方向扫描间距为δx，y方向扫描间距为δy，得到微裂二维平面上任意扫描点的高度为z。
s2、根据二维平面的形貌数据计算微裂缝的粗糙度系数。具体方法如下：
(1)根据微裂缝二维平面的形貌数据得出，在某宽度位置yi处，长度方向的扫描点数为n＝l/δx，在该长度方向上，任意扫描点的高度为zij，其中i＝1,2,3,······,m，m＝w/δy，j＝1,2,3,······,n，按照公式(1)计算微裂缝二维平面的平均高度差d：
式中，di为一个中间参数，无特定含义。
(2)根据微裂缝二维平面的平均高度差，按照公式(2)计算微裂缝的粗糙度系数jrc：
jrc＝32.3 0.25d2 31.53log(d)(2)。
s3、根据干热岩体的原地应力状态和力学强度，计算干热岩体微裂缝的初始机械开度。具体包括以下两个子步骤：
s31、根据干热岩体微裂缝所处原地应力状态，按照公式(3)计算干热岩体微裂缝受到的正应力σn：
式中：σ1、σ3分别为干热岩体在原地状态下的最大和最小主应力，mpa；β为微裂缝的倾角，°；
s32、根据微裂缝受到的正应力，结合干热岩体的力学强度，按照公式(4)计算干热岩体微裂缝在原地状态下的初始机械开度b：
式中，jcs为干热岩体的抗压强度，mpa。
s4、结合干热岩体岩石热物理参数，计算水力压裂长期注入过程中微裂缝壁面的温度场。具体如下：
干热岩体微裂缝水力压裂长期注入过程中，裂缝中流体与干热岩体均满足能量平衡方程，假定流体性质不随温度发生变化和微裂缝壁面无滤失，只考虑垂直于微裂缝壁面方向上的热交换，干热岩体和微裂缝内传热方程表示为：
式中，tf为微裂缝内流体温度，℃；kf,eff为微裂缝内流体热传导系数，j/(m·s·k)；cf为微裂缝内流体比热，j/(kg·k)；ρf为微裂缝内流体密度，kg/m3；tm为干热岩体温度，℃；km,eff为干热岩体热传导系数，j/(m·s·k)；cm为干热岩体比热，j/(kg·k)；ρm为干热岩体的密度，kg/m3；hmf为裂缝壁面岩石向微裂缝内流体的传热系数，j/(m·s·℃)；μ是流体注入线速度，m/min；b是初始机械开度。
同时，定义x、y为干热岩体在地下的二维位置，假设干热岩体储层中微裂缝长度为lf，m。储层中微裂缝方向为x，垂直于x方向是干热岩体基质，即为y。
干热岩体基质的传热为热传导，传热方程表示为：
微裂缝内的传热包括：热储集、裂缝方向的对流换热、纵向弥散和流体与裂缝壁面的热传导，传热方程表示为：
式中，df为纵向弥散系数。
利用拉普拉斯变换，得到包括干热岩体二维温度分布方程，按照公式(8)计算干热岩体的二维温度场t：
式中，x、y为干热岩体在地下的二维位置，干热岩体储层中微裂缝长度为lf，m；储层中微裂缝方向为x，垂直于x方向是干热岩体基质，即为y；tf为微裂缝内流体温度，℃；tm为干热岩体温度，℃；km,eff为干热岩体热传导系数，j/(m·s·k)；cm为干热岩体比热，j/(kg·k)；ρm为干热岩体的密度，kg/m3；ρw是水密度，kg/m3，cw是水比热，j/(kg·k)；μ是水注入的线速度，m/min；b是初始机械开度；当y＝0时为微裂缝壁面的温度场分布；t为水力压裂长期泵注过程的某时刻，day，h为干热岩体储层中微裂缝高度，m；q为干热岩体水力压裂长期注入排量，m3/min。
s5、根据干热岩体微裂缝壁面的温降和力学参数，计算水力压裂长期注入过程中微裂缝壁面的热诱导开度。具体步骤如下：
s51、根据微裂缝壁面的温度场，按照公式(9)计算某时刻微裂缝壁面的温降δt：
δt＝tm-t(x,0,t)(9)
s52、干热岩体在温度变化情况下将诱导产生应力和应变，结合格林函数连续热源条件下的热诱导应力模型，根据孔弹性机制，干热岩体应变方程表示为：
式中，v为干热岩体的泊松比，无因次；αt为干热岩体线性热膨胀系数，g是体积模量，mpa、μy(x,y,t)为y方向上的注入线速度，m/min；
在y方向求导，得到热交换条件下，微裂缝壁面不同位置处随水力压裂长期注入过程的热诱导开度模型，按照公式(11)计算微裂缝壁面不同位置处的热诱导开度w(x,t)：
式中，v为干热岩体的泊松比，无因次；αt为干热岩体线性热膨胀系数，1/k；q为水力压裂长期注入过程排量，m3/day；cf为微裂缝内流体比热，j/(kg·k)；ρf为微裂缝内流体密度，kg/m3。
s6、根据初始机械开度和热诱导开度，计算干热岩体微裂缝任意位置处的导流开度、热诱导导流能力和微裂缝综合导流能力。具体包括以下步骤：
s61、根据初始机械开度和热诱导开度，按照公式(12)计算干热岩体微裂缝任意位置处的总开度wt和导流开度ut：
s62、根据干热岩体微裂导流开度ut，按照公式(13)计算干热岩体微裂缝任意位置处热诱导导流能力kd和微裂缝综合导流能力k：
式中，nf为干热岩体微裂缝在长度lf方向上的离散数量；k为干热岩微裂缝水力压裂长期注入完成后的综合导流能力，md。
与现有技术相比，本发明的有益之处在于：
首先，引入导流开度的计算，引入粗糙度和原始机械开度；其次，利用微裂缝壁面温度场计算温降，比直接计算流体与岩体的温差更为准确，该方法能够准确计算干热岩改造后的微裂缝综合导流能力。
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、干热岩微裂缝矩形岩板激光扫描后的二维平面。
图2、微裂缝壁面温度沿长度方向的分布。
图3、微裂缝热诱导开度沿长度方向的分布。
图4、微裂缝热诱导导流能力开度沿长度方向的分布。
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。
步骤s1，采集含有微裂缝的干热岩储层岩心，沿微裂缝方向劈裂，切割制样为长150cm、宽35cm的矩形岩板。设置矩形岩板在长度和宽度方向的扫描精度为0.1mm，通过激光扫描获取微裂缝在二维平面上的形貌数据，如图1所示。
步骤s2，按照公式(1)、公式(2)计算获得该微裂缝的粗糙度系数为21.3。
步骤s3，设置干热岩体微裂缝所处的原地状态下最大主应力σ1＝100mpa、最小主应力σ3＝80mpa，干热岩体抗压强度jcs＝80mpa。按照公式(3)、公式(4)计算得出微裂缝在原地状态下的初始机械开度为0.58mm。
步骤s4，获取水力压裂过程微裂缝缝内流体密度为1000kg/m3、流体比热为3900j/(kg·k)、干热岩体热传导系数为2.6j/(m·s·k)、干热岩体的密度为2650kg/m3、干热岩体的比热为1100j/(kg·k)、干热岩体温度为180℃、注入微裂缝内的流体温度为20℃、干热岩体储层中微裂缝高度为300m、干热岩体水力压裂长期注入排量为3.0m3/min、水力压裂长期泵注的总时间为5day。
假定干热岩岩体微裂缝的长度为300m，按照公式(5)～(8)计算得出，在水力压裂长期泵注5天后，在微裂缝注入口的温度由180℃降低至21.2℃，沿微裂缝长度方向的微裂缝壁面温度分布如图2所示。
步骤s5，根据微裂缝在水力压裂长期泵注5天后的壁面温度分布，按照公式(9)首先计算出微裂缝壁面各位置处的温度降低值。同时，获取干热岩体的泊松比为0.28、干热岩体线性热膨胀系数为4.61×10-6k-1，按照公式(10)～(11)计算微裂缝壁面不同位置处的热诱导开度。
计算得出，微裂缝注入口的热诱导开度为0.9118mm，沿微裂缝长度方向的微裂缝壁面热诱导开度如图3所示。
步骤s6，按照公式(12)～(13)沿微裂缝长度方向，分别计算微裂缝的总开度、导流开度、热诱导导流能力和综合导流能力。计算得出，微裂缝注入口的热诱导导流能力为42.6md，干热岩体微裂缝的综合导流能力为15.16md，沿微裂缝长度方向的热诱导导流能力如图4所示。
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。
1.一种干热岩体微裂缝热诱导导流能力计算方法，其特征在于，步骤如下：
s1、采集含有微裂缝的干热岩体储层岩心，激光扫描获取微裂缝的二维平面的形貌数据；
s2、根据二维平面的形貌数据计算微裂缝的粗糙度系数；
s3、根据干热岩体的原地应力状态和力学强度，计算干热岩体微裂缝的初始机械开度；
s4、结合干热岩体岩石热物理参数，计算水力压裂长期注入过程中微裂缝壁面的温度场；
s5、根据干热岩体微裂缝壁面的温降和力学参数，计算水力压裂长期注入过程中微裂缝壁面的热诱导开度；
s6、根据初始机械开度和热诱导开度，计算干热岩体微裂缝任意位置处的导流开度、热诱导导流能力和微裂缝综合导流能力。
2.如权利要求1所述的干热岩体微裂缝热诱导导流能力计算方法，其特征在于，所述步骤s1具体是：采集含有微裂缝的干热岩储层岩心，沿微裂缝方向劈裂，切割制样为矩形岩板，利用激光扫描获取微裂缝二维平面的形貌数据。
3.如权利要求2所述的干热岩体微裂缝热诱导导流能力计算方法，其特征在于，所述步骤s1中，激光扫描的具体方法是：以微裂缝长度方向为x方向，测量其长度为l，单位m；以微裂缝宽度方向为y方向，测量其宽度为w，单位m；利用激光扫描仪等间距扫描微裂缝，x方向扫描间距为δx，y方向扫描间距为δy，得到微裂二维平面上任意扫描点的高度为z。
4.如权利要求2所述的干热岩体微裂缝热诱导导流能力计算方法，其特征在于，所述步骤s2计算粗糙度系数的方法如下：
(1)根据微裂缝二维平面的形貌数据得出，在某宽度位置yi处，长度方向的扫描点数为n＝l/δx，在该长度方向上，任意扫描点的高度为zij，其中i＝1,2,3,······,m，m＝w/δy，j＝1,2,3,······,n，按照公式(1)计算微裂缝二维平面的平均高度差d：
(2)根据微裂缝二维平面的平均高度差，按照公式(2)计算微裂缝的粗糙度系数jrc：
jrc＝32.3 0.25d2 31.53log(d)(2)。
5.如权利要求1所述的干热岩体微裂缝热诱导导流能力计算方法，其特征在于，所述步骤s3包括以下两个子步骤：
s31、按照公式(3)计算干热岩体微裂缝受到的正应力σn：
式中：σ1、σ3分别为干热岩体在原地状态下的最大和最小主应力，mpa；β为微裂缝的倾角，°；
s32、按照公式(4)计算干热岩体微裂缝在原地状态下的初始机械开度b：
式中，jcs为干热岩体的抗压强度，mpa。
6.如权利要求1所述的干热岩体微裂缝热诱导导流能力计算方法，其特征在于，所述步骤s4中，按照公式(8)计算干热岩体的二维温度场t：
式中，x、y为干热岩体在地下的二维位置，干热岩体储层中微裂缝长度为lf，m；储层中微裂缝方向为x，垂直于x方向是干热岩体基质，即为y；tf为微裂缝内流体温度，℃；tm为干热岩体温度，℃；km,eff为干热岩体热传导系数，j/(m·s·k)；cm为干热岩体比热，j/(kg·k)；ρm为干热岩体的密度，kg/m3；ρw是水密度，kg/m3，cw是水比热，j/(kg·k)；μ是水注入的线速度，m/min；b是初始机械开度；当y＝0时为微裂缝壁面的温度场分布；t为水力压裂长期泵注过程的某时刻，day，h为干热岩体储层中微裂缝高度，m；q为干热岩体水力压裂长期注入排量，m3/min。
7.如权利要求6所述的干热岩体微裂缝热诱导导流能力计算方法，其特征在于，所述步骤s5具体包括以下步骤：
s51、根据微裂缝壁面的温度场，按照公式(9)计算某时刻微裂缝壁面的温降δt：
δt＝tm-t(x,0,t)(9)
s52、干热岩体在温度变化情况下将诱导产生应力和应变，干热岩体应变方程表示为：
式中，v为干热岩体的泊松比，无因次；αt为干热岩体线性热膨胀系数，g为体积模量，mpa；μy(x,y,t)为y方向的注入线速度；m/min；
在y方向求导，得到热交换条件下，微裂缝壁面不同位置处随水力压裂长期注入过程的热诱导开度模型，按照公式(11)计算微裂缝壁面不同位置处的热诱导开度w(x,t)：
式中，v为干热岩体的泊松比，无因次；αt为干热岩体线性热膨胀系数，1/k；q为水力压裂长期注入过程排量，m3/day；cf为微裂缝内流体比热，j/(kg·k)；ρf为微裂缝内流体密度，kg/m3。
8.如权利要求6所述的干热岩体微裂缝热诱导导流能力计算方法，其特征在于，所述步骤s6具体包括以下步骤：
s61、根据初始机械开度和热诱导开度，按照公式(12)计算干热岩体微裂缝任意位置处的总开度wt和导流开度ut：
s62、根据干热岩体微裂导流开度ut，按照公式(13)计算干热岩体微裂缝任意位置处热诱导导流能力kd和微裂缝综合导流能力k：
式中，nf为干热岩体微裂缝在长度lf方向上的离散数量；k为干热岩微裂缝水力压裂长期注入完成后的综合导流能力，md。
技术总结