CN105243210A - 利用成像测井资料预测地层破裂压力的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用成像测井资料预测地层破裂压力的方法，其步骤如下：a、利用成像测井资料确定研究区块的地应力方向；b、由地应力方向确定有限元模拟几何模型的边界；c、采用线弹性力学理论建立有限元模拟的力学模型，得到研究区块各井点地层的最大、最小水平应力；d、按照海姆森公式计算得到各井点的地层破裂压力。采用本方法，解决了现有技术所存在的水力压裂测量方法花费较高并且在深部地层不易实施，不易测量地层破裂压力的技术难题，且相对于阵列声波测井而言，提供了一种全新的利用成像测井资料的破裂压力预测方法。
Description
技术领域
本发明涉及地层破裂压力预测方法，属于测井资料评价技术领域。
背景技术
目前地层破裂压力确定方法有水力压裂测量方法和阵列声波测井资料计算方法两种，例如作者赖富强，孙建孟，苏远大，罗琳，阎萍，任怀建等在刊名为《勘探地球物理进展》的期刊上发表了一篇题名为“利用多极子阵列声波测井预测地层破裂压力”的文章，其出版日期为2007年2月，第30卷第1期。该论文中利用处理后的多极子阵列声波测井资料提供的纵横波时差，结合岩石密度测井资料计算了岩石的弹性力学参数、岩石强度参数，在此基础上进行了地应力分析，确定了地层破裂压力、钻井液密度等参数，同时预测了压裂高度，为油田的生产改造提供了准确的参数。但在一些研究区块无地层破裂压力测量结果，也不能采用阵列声波测井因而不能计算地层破裂压力，影响了钻井工程和压裂改造决策。综上所述，现有技术仍然存在以下缺点：①水力压裂测量方法花费较高并且在深部地层不易实施，不易测量地层破裂压力；②在一些区块未能或不能进行阵列声波测井，因而不能计算地层破裂压力。
发明内容
本发明旨在针对上述现有技术所存在的缺陷和不足，提供一种利用成像测井资料预测地层破裂压力的方法，采用本方法，解决了现有技术所存在的水力压裂测量方法花费较高并且在深部地层不易实施，不易测量地层破裂压力的技术难题，且相对于阵列声波测井而言，提供了一种全新的利用成像测井资料的破裂压力预测方法。
本发明是通过采用下述技术方案实现的：
一种利用成像测井资料预测地层破裂压力的方法，其特征在于步骤如下：
a、利用成像测井资料确定研究区块的地应力方向；
b、由地应力方向确定有限元模拟几何模型的边界；
c、采用线弹性力学理论建立有限元模拟的力学模型，得到研究区块各井点地层的最大、最小水平应力；
d、按照以下海姆森公式计算得到各井点的地层破裂压力Pf:
Pf=3Shmin-3Shmax-PP+T（1）；
上式中，Shmax、Shmin分别为最大、最小水平应力，PP为地层孔隙压力，根据试油结果确定；T是抗张强度，由岩石力学实验测量得到。
步骤a中，利用成像测井资料确定研究区块的地应力方向具体是指：根据成像测井图上井壁应力崩落和井壁诱导压裂缝特征判断得到研究区块的地应力方向，井壁应力崩落在成像测井图所在方位即是最小水平主应力方向；井壁诱导压裂缝在成像测井图上的走向就是最大水平主应力的方向。
步骤b中，由地应力方向确定有限元模拟几何模型的边界具体是指：
以研究区块地层的地质构造图为基础建立有限元模拟的地质模型和几何模型。
几何模型的边界与最大水平应力方向垂直或平行。
步骤c更加具体的是：采用线弹性力学理论建立有限元模拟的力学模型，以关健井压裂施工资料分析的地应力数据作为约束条件，通过对边界施加不同的载荷，不断调试使有限元模拟计算结果逼近约束条件，从而最终确定远场应力边界条件；以远场应力边界条件对边界施加载荷，弹性参数根据关健井的岩石物理实验结果选取，对网格剖分并进行有限元模拟，通过各井点的井位坐标分析模拟结果从而得到研究区块各井点地层的最大、最小水平应力。
与现有技术相比，本发明的有益效果表现在：
1、采用本发明所述的a-d四个步骤形成的利用成像测井资料预测地层破裂压力的方法，其解决了现有技术所存在的水力压裂测量方法花费较高并且在深部地层不易实施，不易测量地层破裂压力的技术难题，且相对于阵列声波测井而言，提供了一种全新的利用成像测井资料的破裂压力预测方法，并且预测结果更加准确、可靠。
2、本发明中，何模型的边界与最大水平应力方向垂直或平行，能够避免施加剪切应力边界条件。
具体实施方式
实施例1
作为本发明一较佳实施方式，其公开了一种利用成像测井资料预测地层破裂压力的方法，其步骤如下：
a、利用成像测井资料确定研究区块的地应力方向；
b、由地应力方向确定有限元模拟几何模型的边界；
c、采用线弹性力学理论建立有限元模拟的力学模型，得到研究区块各井点地层的最大、最小水平应力；
d、按照以下海姆森公式计算得到各井点的地层破裂压力Pf:
Pf=3Shmin-3Shmax-PP+T（1）；
上式中，Shmax、Shmin分别为最大、最小水平应力，PP为地层孔隙压力，根据试油结果确定；T是抗张强度，由岩石力学实验测量得到。
实施例2
作为本发明的最佳实施方式，其公开了一种利用成像测井资料预测地层破裂压力的方法，其步骤如下：
a、利用成像测井资料确定研究区块的地应力方向；根据成像测井图上井壁应力崩落和井壁诱导压裂缝特征可以判断研究区块的地应力方向。井壁应力崩落在成像测井图中表现为两道彼此平行且相隔180度的黑色条带，其所在方位即最小水平主应力方向。井壁诱导压裂缝在成像测井图上表现为对称分布的两条黑色的条带，它们平行井轴，延伸较长，方位基本稳定；宽窄有较小的变化，但无天然裂缝的那种溶蚀扩大现象；它切割井壁的任何特征，但不被其它特征切割，该压裂缝的走向就是最大水平主应力的方向。
b、由地应力方向确定有限元模拟几何模型的边界；以研究区块地层的地质构造图为基础建立有限元模拟的地质模型和几何模型。为了避免施加剪切应力边界条件，几何模型的边界与最大水平应力方向垂直或平行。
c、采用线弹性力学理论建立有限元模拟的力学模型，以关健井压裂施工资料分析的地应力数据作为约束条件，通过对边界施加不同的载荷，不断调试使有限元模拟计算结果逼近约束条件，从而最终确定远场应力边界条件。以远场应力边界条件对边界施加载荷，弹性参数根据关健井的岩石物理实验结果选取，对网格剖分并进行有限元模拟，通过各井点的井位坐标分析模拟结果从而得到研究区块各井点地层的最大、最小水平应力。
d、按照以下海姆森公式计算得到各井点的地层破裂压力Pf:
Pf=3Shmin-3Shmax-PP+T（1）；
上式中，Shmax、Shmin分别为最大、最小水平应力，PP为地层孔隙压力，根据试油结果确定；T是抗张强度，由岩石力学实验测量得到。
实施例3
以下是本方法进行应用的具体实例：
以四川盆地某构造嘉二气藏地层破裂压力计算为例说明具体实施方式。
①利用成像测井资料确定嘉二地层的现今地应力方向
M53井成像测井图上井壁压裂缝方向指示地层最大水平主应力方向为120°-300°，现今地层最小水平主应力方向在与此垂的方向，即30°–210°。
②由地应力方向确定有限元模拟几何模型的边界。
以《底界构造图》为基础建立了四川盆地某构造嘉陵江组的地质模型和几何模型。为了便于施加载荷，模型的边界与载荷方向垂直或平行。如前所述，川中某构造最大水平主应力方向为，几何模型整体为矩形，其四条边平行或垂直于模拟范围北西-南东向涵盖了整个三维框。
③采用线弹性力学理论建立有限元模拟的力学模型，弹性参数根据关健井的岩石物理实验结果选取，对网格剖分并进行有限元模拟，通过各井点的井位坐标分析模拟结果从而得到研究区块各井点地层的最大、最小水平应力。
(1)物性参数的选取
地质模型作弹性地质体处理，模型中的介质主要分为断裂带和连续地层两部分，并根据各个断裂带的不同特点以及有限元剖分的需要，将整个模型分为两种具有不同弹性性质的材料。介质力学参数主要包括杨氏模量、泊松比。
依据岩石物理实验结果（表1），确定所选用的介质力学参数。
(2)边界条件的施加和网格剖分
分析嘉二地层酸化压裂作业施工资料发现，该区域嘉二储层的孔隙压力大约为68.91MPa，上覆岩石压力88.58-91.20MPa，计算应力梯度为0.0253-0.0265MPa/M，M154井施工曲线分析得到其应力梯度为0.0275MPa/M，可见该区域具有显着的异常高应力特征，在某构造嘉陵江组嘉二现今地应力场数值模拟中，我们以此作为确定边界条件的依据。通过对边界施加不同的载荷，不断调试使有限元模拟计算结果逼近约束条件，从而最终确定远场应力边界条件。
在上述条件和步骤下，运用有限元软件进行了模拟。依据嘉陵江组现今地应力场数值模拟结果，根据井位坐标提取了M005-H7等6口井的最大水平应力、最小水平应力(表2)。
④按照以下海姆森公式计算得到各井点的地层破裂压力Pf
Pf=3Shmin-3Shmax-PP+T（1）；
上式中，Shmax、Shmin分别为最大、最小水平应力，由上述步骤得到；PP为地层孔隙压力，根据试油结果确定；T是抗张强度，由岩石力学实验测量得到。
由M005-H7等6口井的最大水平应力、最小水平应力(表2)，根据海姆森公式计算了这6口井的地层破裂压力(表2)，该结果已应用于指导水平井开发设计和酸化压裂改造施工。
Claims (5)
1.一种利用成像测井资料预测地层破裂压力的方法，其特征在于步骤如下：
a、利用成像测井资料确定研究区块的地应力方向；
b、由地应力方向确定有限元模拟几何模型的边界；
c、采用线弹性力学理论建立有限元模拟的力学模型，得到研究区块各井点地层的最大、最小水平应力；
d、按照以下海姆森公式计算得到各井点的地层破裂压力Pf:
Pf=3Shmin-3Shmax-PP+T（1）；
上式中，Shmax、Shmin分别为最大、最小水平应力，PP为地层孔隙压力，根据试油结果确定；T是抗张强度，由岩石力学实验测量得到。
2.根据权利要求1所述的一种利用成像测井资料预测地层破裂压力的方法，其特征在于：步骤a中，利用成像测井资料确定研究区块的地应力方向具体是指：根据成像测井图上井壁应力崩落和井壁诱导压裂缝特征判断得到研究区块的地应力方向，井壁应力崩落在成像测井图所在方位即是最小水平主应力方向；井壁诱导压裂缝在成像测井图上的走向就是最大水平主应力的方向。
3.根据权利要求1或2所述的一种利用成像测井资料预测地层破裂压力的方法，其特征在于：步骤b中，由地应力方向确定有限元模拟几何模型的边界具体是指：
以研究区块地层的地质构造图为基础建立有限元模拟的地质模型和几何模型。
4.根据权利要求3所述的一种利用成像测井资料预测地层破裂压力的方法，其特征在于：几何模型的边界与最大水平应力方向垂直或平行。
5.根据权利要求1所述的一种利用成像测井资料预测地层破裂压力的方法，其特征在于：步骤c更加具体的是：采用线弹性力学理论建立有限元模拟的力学模型，以关健井压裂施工资料分析的地应力数据作为约束条件，通过对边界施加不同的载荷，不断调试使有限元模拟计算结果逼近约束条件，从而最终确定远场应力边界条件；以远场应力边界条件对边界施加载荷，弹性参数根据关健井的岩石物理实验结果选取，对网格剖分并进行有限元模拟，通过各井点的井位坐标分析模拟结果从而得到研究区块各井点地层的最大、最小水平应力。
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