CN103838936B - 适用于浊积砂低渗透储层的高精度构造应力场模拟方法 - Google Patents

Abstract

适用于低渗透储层的高精度构造应力场模拟方法，属于构造应力场模拟技术领域。本发明是为了解决现有构造应力场模拟方法不能对浊积砂低渗透储层进行高精度的模拟，以指导油田开发井网部署和提高低渗透油藏的开发效果的问题。它在PETREL系统中建立浊积砂储层构造模型和浊积砂储层层速度模型；由浊积砂储层层速度模型计算得到三维岩石力学参数模型；将PETREL系统中的浊积砂储层构造模型转换为ANSYS系统中的浊积砂储层几何模型；地层和断层独立剖分网格；用“距离扫描法”加载岩石力学参数；进行构造应力场的模拟，获得浊积砂储层内任意点处的应力分布状态。本发明用于浊积砂低渗透储层的构造应力场模拟。

Description

适用于浊积砂低渗透储层的高精度构造应力场模拟方法

技术领域

本发明涉及适用于低渗透储层的高精度构造应力场模拟方法，属于构造应力场模拟技术领域。

背景技术

浊积砂低渗透储层为一种重要的储层类型，因其构造形态复杂、非均质性强的特点，常规的构造应力场模拟方法存在几何模型与储层构造形态拟合程度低、岩石力学参数单一不足以反映其非均质性等方面的不足，严重制约着浊积砂低渗透储层构造应力场模拟精度的提高。提高浊积砂低渗透储层的构造应力场模拟精度对于合理调整浊积砂低渗透储层开发井网的部署、改善低渗透油藏的开发效果和提高油田开发效益意义重大。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的构造应力场模拟方法在用于浊积砂低渗透储层时精度和准确度低，不能满足油田开发需要的问题，提供了适用于浊积砂低渗透储层的高精度构造应力场模拟方法。

本发明所述适用于浊积砂低渗透储层的高精度构造应力场模拟方法，它包括以下步骤：

步骤一：在PETREL系统中依次建立浊积砂储层构造模型、浊积砂储层沉积微相模型和浊积砂储层层速度模型；

步骤二：根据纵横波速度转换关系、纵横波速度与动态岩石力学参数转换关系、动静态岩石力学参数转换关系，由浊积砂储层层速度模型计算得到三维岩石力学参数模型；

步骤三：将PETREL系统中的浊积砂储层构造模型转换为ANSYS系统中的浊积砂储层几何模型；

步骤四：采用地层和断层独立剖分网格的方法，其中，断层的网格尺寸小于地层的网格尺寸；

步骤五：根据研究精度的需要，确定三维岩石力学参数的数量，然后用“距离扫描法”将其加载到独立网格剖分后的浊积砂储层几何模型中；

步骤六：根据浊积砂储层区域构造背景及单井实测的地应力状态，设置初始边界条件和负载，进行多次试算之后，确定最终边界条件和负载，进行构造应力场的模拟，获得浊积砂储层内任意点处的应力分布状态。

所述步骤一中在PETREL系统中依次建立浊积砂储层构造模型、浊积砂储层沉积微相模型和浊积砂储层层速度模型的具体方法为：

所述浊积砂储层构造模型是由层面模型和断层模型构成的，层面模型的建立主要是直接利用地震构造解释所得的构造图和地层划分对比得到的分层数据拟合成面，断层模型主要是根据单井断点数据以及地震构造解释所得的平面及剖面的断层面数据建立，模型构建过程中根据研究区的构造特征及时的修改和调整，实现构造模型与测井资料、地震资料及地质规律的拟合；

所述浊积砂储层沉积微相模型是在构造模型的基础上，结合单井沉积微相划分以及平面沉积微相数据，采用确定性建模的方法建立；

所述浊积砂储层层速度模型是在沉积微相模型的基础上，利用单井的层速度数据，采用相控建模的方法建立。

所述步骤二中根据纵横波速度转换关系、纵横波速度与动态岩石力学参数转换关系、动静态岩石力学参数转换关系，将浊积砂储层层速度模型计算得到三维岩石力学参数模型的具体方法为：

所述纵横波速度转换关系，可根据研究区岩心试验所得横波速度与声波测井层速度进行回归拟合，

所述纵横波速度与动态岩石力学参数转换关系为：

${\mathrm{\μ}}_d=\frac{{V_p}^2-2{V_s}^2}{2({V_p}^2-{V_s}^2)},$

$E_d={10}^{-3}{{\mathrm{\ρV}}_s}^2\frac{3{V_p}^2-4{V_s}^2}{{V_p}^2-{V_s}^2},$

式中，V_p为纵波波速，V_s为横波波速，ρ为岩石密度，μ_d为动态泊松比，E_d为动态弹性模量，

所述动静态岩石力学参数转换关系，可根据研究区岩心试验所得静态岩石力学参数与计算所得动态岩石力学参数进行回归拟合，

根据上述纵横波速度转换关系、纵横波速度与动态岩石力学参数转换关系、动静态岩石力学参数转换关系，将浊积砂储层层速度模型计算得到三维岩石力学参数模型。

所述步骤三中将PETREL系统中的浊积砂储层构造模型转换为ANSYS系统中的浊积砂储层几何模型的具体方法为：

从浊积砂储层PETREL构造模型中提取地层层面网格节点数据和断层边界点数据，通过对层面网格节点进行贝塞尔曲面拟合完成地层的ANSYS几何建模，将断层边界点数据导入ANSYS系统中生成实体，从而完成断层的ANSYS几何建模。

所述步骤五中用“距离扫描法”加载到浊积砂储层ANSYS有限元分析模型中的具体方法为：

对于每个网格单元，根据单元中心坐标在岩石力学参数数据体中循环查找距离最近的参数，找到后赋予本单元，依次循环，给每个单元赋予相应的岩石参数。

本发明的优点：本发明针对浊积砂低渗透储层构造形态复杂、非均质性强的特点，采用PETREL系统和ANSYS系统联合建模的方法，建立高精度的构造模型，全面的获取研究区的岩石力学参数，能够得到浊积砂低渗透储层内部高精度的应力场分布结果，对于解决目前各大油田浊积砂低渗透储层开发井网部署不合理、低渗透油藏的开发效果欠佳等问题，具有极其重要的现实意义。

本发明能够实现国内各大油田处于不同开发阶段的浊积砂低渗透储层构造应力场的精确模拟。能够满足各大油田不同开发阶段对了解储层内部构造应力场分布的需求，指导油田技术人员合理部署开发井网，解决由于储层构造应力场分布异常而引起的压裂裂缝走向异常、注采井安排不合理、油层波及率低、采油井见水快等问题，对于改善低渗透油藏的开发效果、提高油田开发效益具有极其现实的应用价值和开发前景。

附图说明

图1是本发明所述适用于浊积砂低渗透储层的高精度构造应力场模拟方法的流程图；

图2是基于“距离扫描法”完成岩石力学参数加载的浊积砂储层ANSYS几何模型。

具体实施方式

具体实施方式一：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式所述适用于浊积砂低渗透储层的高精度构造应力场模拟方法，它包括以下步骤：

步骤一：在PETREL系统中依次建立浊积砂储层构造模型、浊积砂储层沉积微相模型和浊积砂储层层速度模型；

步骤二：根据纵横波速度转换关系、纵横波速度与动态岩石力学参数转换关系、动静态岩石力学参数转换关系，由浊积砂储层层速度模型计算得到三维岩石力学参数模型；

步骤三：将PETREL系统中的浊积砂储层构造模型转换为ANSYS系统中的浊积砂储层几何模型；

步骤四：采用地层和断层独立剖分网格的方法，其中，断层的网格尺寸小于地层的网格尺寸；

步骤五：根据研究精度的需要，确定三维岩石力学参数的数量，然后用“距离扫描法”将其加载到独立网格剖分后的浊积砂储层几何模型中；

步骤六：根据浊积砂储层区域构造背景及单井实测的地应力状态，设置初始边界条件和负载，进行多次试算之后，确定最终边界条件和负载，进行构造应力场的模拟，获得浊积砂储层内任意点处的应力分布状态。

本实施方式中，所述浊积砂低渗透储层研究区构造位置位于济阳坳陷东营凹陷博兴洼陷南斜坡中部的金家-正理庄-樊家鼻状构造带的北东端，所属地层为沙三下亚段中上部。所述浊积砂低渗透储层厚度变化大，构造形态复杂，主体部位呈复合韵律特征的一厚层，边侧部位呈沙泥薄互层特征，渗透率0.11～6.01×10^-3μm²平均渗透率1.5×10^-3um²，在平面和垂向上都表现为非均质性强。

具体实施方式二：本实施方式对实施方式一作进一步说明，本实施方式所述步骤一中在PETREL系统中依次建立浊积砂储层构造模型、浊积砂储层沉积微相模型和浊积砂储层层速度模型的具体方法为：

所述浊积砂储层构造模型共包括4个层面模型和4条断层模型，为断层复杂化的北倾单斜构造，厚度变化大，单井钻遇的砂体厚度5～16m，受近东西向挤压作用，发育近东西向的4条正断层，断距10m～180m。

所述浊积砂储层沉积微相模型是在构造模型的基础上，结合单井沉积微相划分以及平面沉积微相数据，采用确定性建模的方法建立，包括主干水道微相、水道侧缘微相和席状砂微相；

所述浊积砂储层层速度模型是在沉积微相模型的基础上，利用单井的层速度数据，采用相控建模的方法建立，速度分布于3400m/s～3800m/s。

具体实施方式三：本实施方式对实施方式二作进一步的说明，本实施方式所述步骤二中根据纵横波速度转换关系、纵横波速度与动态岩石力学参数转换关系、动静态岩石力学参数转换关系，将浊积砂储层层速度模型计算得到三维岩石力学参数模型的具体方法为：

所述纵横波速度转换关系，可根据研究区岩心试验所得横波速度与声波测井层速度进行回归拟合，具体转换关系如下：

V_p＝1.6117V_s+0.3503

式中，V_p为纵波波速，V_s为横波波速，

所述纵横波速度与动态岩石力学参数转换关系为：

${\mathrm{\μ}}_d=\frac{{V_p}^2-2{V_s}^2}{2({V_p}^2-{V_s}^2)},$

$E_d={10}^{-3}{{\mathrm{\ρV}}_s}^2\frac{3{V_p}^2-4{V_s}^2}{{V_p}^2-{V_s}^2},$

式中，V_p为纵波波速，V_s为横波波速，ρ为岩石密度，μ_d为动态泊松比，E_d为动态弹性模量，

所述动静态岩石力学参数转换关系，可根据研究区岩心试验所得静态岩石力学参数与计算所得动态岩石力学参数进行回归拟合，具体转换关系如下：

μ_s＝0.0522+0.5879μ_d

E_s＝13684+0.1609E_d

式中，μ_s为静态泊松比，E_s为静态弹性模量，μ_d为动态泊松比，E_d为动态弹性模量，

根据上述纵横波速度转换关系、纵横波速度与动态岩石力学参数转换关系、动静态岩石力学参数转换关系，将浊积砂储层层速度模型计算得到三维岩石力学参数模型。

具体实施方式四：本实施方式对实施方式三作进一步的说明，本实施方式所述步骤三中将PETREL系统中的浊积砂储层构造模型转换为ANSYS系统中的浊积砂储层几何模型的具体方法为：

从浊积砂储层PETREL构造模型中提取地层层面网格节点数据和断层边界点数据，通过对层面网格节点进行贝塞尔曲面拟合完成地层的ANSYS几何建模，将断层边界点数据导入ANSYS系统中生成实体，从而完成断层的ANSYS几何建模。

具体实施方式五：下面结合图2说明本实施方式，本实施方式对实施方式四作进一步的说明，本实施方式所述步骤五中用“距离扫描法”加载到浊积砂储层ANSYS有限元分析模型中的具体方法为：

对于每个网格单元，根据单元中心坐标在岩石力学参数数据体中循环查找距离最近的参数，找到后赋予本单元，依次循环，给每个单元赋予相应的岩石参数。

本实施中，为提高模拟结果的精度，地层网格尺寸小于30m，而断层网格尺寸小于10m，模型共划分出3，200，674个单元，共加载19，367种岩石力学参数。

经过多次试算之后，最终边界条件为东部边界施加梯度压力35～25MPa，南部边界上施加梯度挤压载荷45～25MPa，垂直方向根据深度施加等效的岩体重力载荷。通过有限元模拟运算，可以得到浊积砂储层现今构造应力分布特征，包括最大主应力、中间主应力、最小主应力以及最大剪应力的大小和方向等。

为保证模拟结果的准确度，提取22口井目的层段处的应力模拟结果与实际的应力大小和方向对比，误差统计表明：水平最大主应力值标准误差为4.12％，水平最小主应力值标准误差为3.94％，水平最大、最小主应力方向的标准误差为3.85％。

构造应力场模拟结果表明，研究区浊积砂储层第一主应力是垂向应力σ_v，第二主应力是水平主应力σ_H，第三主应力是水平主应力σ_h。研究区浊积砂储层最大水平主应力方向，由西南部约NE60°向西北部NE75°～NE85°过渡。最大水平主应力大小平面上由西南向东北逐渐增大，最大值为45MPa，最小值为25MPa；纵向上随深度增加应力值增大，浊积砂储层顶底面应力差值约为1MPa。

研究区断层对应力值的大小和方向影响显著。断层的不同部位、规模、组合形式及其走向，都直接影响着断层周边应力场异常程度和异常范围，距离断层端部越近、断层规模越大、断层走向与主应力方向差异越大，其引起的断层周边应力场异常程度与范围越大。研究区断层引起的应力值异常范围为46m～300m，其中应力值异常的最大为18.2MPa。断层引起的应力方向异常范围为75m～288m，应力方向异常的最大值为15.1°。

Claims (4)

1.适用于浊积砂低渗透储层的高精度构造应力场模拟方法，其特征在于，它包括以下步骤：

步骤一：在PETREL系统中依次建立浊积砂储层构造模型、浊积砂储层沉积微相模型和浊积砂储层层速度模型；

步骤二：根据纵横波速度转换关系、纵横波速度与动态岩石力学参数转换关系、动静态岩石力学参数转换关系，由浊积砂储层层速度模型计算得到三维岩石力学参数模型；

步骤三：将PETREL系统中的浊积砂储层构造模型转换为ANSYS系统中的浊积砂储层几何模型；

步骤四：采用地层和断层独立剖分网格的方法，其中，断层的网格尺寸小于地层的网格尺寸；

步骤五：根据研究精度的需要，确定三维岩石力学参数的数量，然后用“距离扫描法”将其加载到独立网格剖分后的浊积砂储层几何模型中；

步骤六：根据浊积砂储层区域构造背景及单井实测的地应力状态，设置初始边界条件和负载，进行多次试算之后，确定最终边界条件和负载，进行构造应力场的模拟，获得浊积砂储层内任意点处的应力分布状态。

2.根据权利要求1所述的适用于浊积砂低渗透储层的高精度构造应力场模拟方法，其特征在于，所述步骤一中在PETREL系统中依次建立浊积砂储层构造模型、浊积砂储层沉积微相模型和浊积砂储层层速度模型的具体方法为：

所述浊积砂储层构造模型是由层面模型和断层模型构成的，层面模型的建立主要是直接利用地震构造解释所得的构造图和地层划分对比得到的分层数据拟合成面，断层模型主要是根据单井断点数据以及地震构造解释所得的平面及剖面的断层面数据建立，模型构建过程中根据研究区的构造特征及时的修改和调整，实现构造模型与测井资料、地震资料及地质规律的拟合；

所述浊积砂储层沉积微相模型是在构造模型的基础上，结合单井沉积微相划分以及平面沉积微相数据，采用确定性建模的方法建立；

所述浊积砂储层层速度模型是在沉积微相模型的基础上，利用单井的层速度数据，采用相控建模的方法建立。

3.根据权利要求2所述的适用于浊积砂低渗透储层的高精度构造应力场模拟方法，其特征在于，所述步骤三中将PETREL系统中的浊积砂储层构造模型转换为ANSYS系统中的浊积砂储层几何模型的具体方法为：

从浊积砂储层PETREL构造模型中提取地层层面网格节点数据和断层边界点数据，通过对层面网格节点进行贝塞尔曲面拟合完成地层的ANSYS几何建模，将断层边界点数据导入ANSYS系统中生成实体，从而完成断层的ANSYS几何建模。

4.根据权利要求3所述的适用于浊积砂低渗透储层的高精度构造应力场模拟方法，其特征在于，所述步骤五中用“距离扫描法”加载到浊积砂储层ANSYS有限元分析模型中的具体方法为：

对于每个网格单元，根据单元中心坐标在岩石力学参数数据体中循环查找距离最近的参数，找到后赋予本单元，依次循环，给每个单元赋予相应的岩石参数。