CN106443824A - 一种基于有限元法的非均质储层地质‑力学建模方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及油气田勘探开发以及地质力学领域，尤其是一种基于有限元法的非均质储层地质‑力学建模方法。本发明综合运用小层对比、沉积微相划分以及层序地层学原理识别岩性渐变‑突变界面；结合地震资料反演力学参数，以三轴力学实验、测井解释的结果为约束，实现基于有限元法的非均质储层地质‑力学建模。本发明基于实际地质资料，对相应的地质信息数字化后，可以利用计算机编程语言开发相应的计算程序，并利用有限元模拟软件，实现非均质储层地质‑力学建模。本发明对于非均质储层地质‑力学建模较高的实用价值，并且建模成本低廉、可操作性强，可以大幅度提高地质‑力学建模的精度。

Description

一种基于有限元法的非均质储层地质-力学建模方法

技术领域

本发明涉及油气田勘探开发以及地质力学领域，尤其是一种基于有限元法的非均质储层地质-力学建模方法。

背景技术

在裂缝性储层开发过程中，基于ANSYS等有限元软件的应力场数值模拟逐渐成为石油地质工作者的研究热点。地应力在构造演化、储层裂缝预测、油气运移、断层封闭性以及井网部署中起到至关重要的作用。目前，应力场数值模拟建模往往把岩层看做均值岩层或者简单划分为几个不同岩层的地质体进行建模，两者均与储层非均质的实际情况有较大差距，并且将岩层简单划分为几个不同岩层的地质体进行建模，在不同岩层的边界应力往往出现集中现象，与实际情况不符，这也是目前地质力学建模、应力场模拟存在的主要问题。本发明专利综合运用小层对比、沉积微相划分以及层序地层学原理识别岩性突变界面；结合地震资料反演力学参数，以三轴力学实验、测井解释的结果为约束，实现基于有限元法的非均质储层地质-力学建模。

发明内容

本发明旨在解决上述问题，提供了一种基于有限元法的非均质储层地质-力学建模方法，它解决了无法实现非均质储层地质-力学建模的问题。

本发明的技术方案为：一种基于有限元法的非均质储层地质-力学建模方法，具体步骤如下：

第一步 力学参数渐变、突变界面识别

利用小层划分、层序地层学、地震沉积学等原理，进行沉积微相、岩相的划分，识别岩性(泥岩、泥质粉砂岩、粉砂岩、细砂岩、中砂岩等)的渐变、突变界面。

第二步 目的层位力学参数反演

利用地震资料，以测井解释的动态力学参数、岩石力学实验解释的静态力学参数为约束，反演目的层位的力学参数。

第三步 以力学参数突变界面为约束，初次网格单元划分

以力学参数突变界面为约束，建立不同的体模型，并将不同的体模型进行初次网格划分，不同材料属性的体模型依次标记为E₁、E₂、E₃......E_m，其中m为不同的体模型总个数。

第四步 将初次网格划分的单元体与地震反演的力学参数耦合，建立力学参数渐变-突变模型

初次网格划分的每个单元体对应的节点数目为n，导出每个单元体的坐标，在地震反演的力学参数中，采用距离筛选法确定与这n个节点对应的n个力学参数值，选定其平均值为单元体的材料属性值；进而确定初次网格划分单元体所一一对应的材料属性，进行二次网格单元属性修改，建立力学参数渐变-突变模型。

所述的距离筛选法是指对地震反演的力学参数密集插值后，得到数据体Q₁；初次网格划分后得到节点的数据体Q₂；通过循环迭代，在数据体Q₁中，依次筛选与数据体Q₂中的节点最近的点。

第五步 建立力学参数缓冲外框

力学参数缓冲外框(次外框)的厚度取值为工区模型高差的1.2～2.0倍，一方面保证地质模型与原有的地质力学属性趋于一致，另一方面加快后期应力计算的速度；力学参数缓冲外框在平面上能覆盖工区即可；力学参数缓冲外框作用是：非均质工区的边界不因力学参数的突变而发生应力集中的现象，使模拟结果更为准确。

第六步 建立施加应力载荷、约束外框

为了施加应力载荷、约束方便，建立相应的外框(最外框)，设定边界与对应的主应力方向垂直，为了便于计算，建立力学参数均值地质体，建立地质力学模型。

第七步 施加载荷约束，进行应力场模拟

本发明的有益效果是：本发明综合运用小层对比、沉积微相划分以及层序地层学原理识别岩性突变界面；结合地震资料反演力学参数，以三轴力学实验、测井解释的结果为约束，实现基于有限元法的非均质储层地质-力学建模。本发明基于实际地质资料，对相应的地质信息数字化后，可以利用计算机编程语言开发相应的计算程序，并利用有限元模拟软件，实现非均质储层地质-力学建模。本发明对于非均质储层地质-力学建模较高的实用价值，并且建模成本低廉、可操作性强，可以大幅度提高地质-力学建模的精度。

附图说明

图1为一种基于有限元法的非均质储层地质-力学建模方法流程图。

图2为鄂尔多斯XXX油区盒一段弹性模量平面变化图。

图3为鄂尔多斯XXX油区盒一段泊松比平面变化图。

图4为建立的非均质储层单元体外框示意图。

图5为鄂尔多斯XXX油区盒一段现今最小主应力分布图(Pa)。

图6为鄂尔多斯XXX油区盒一段现今最小主应力方向分布图。

图7为鄂尔多斯XXX油区盒一段现今中间主应力分布图(Pa)。

图8为鄂尔多斯XXX油区盒一段现今中间主应力方向分布图。

图9为鄂尔多斯XXX油区盒一段现今最大主应力分布图(单位：Pa)。

图10为鄂尔多斯XXX油区盒一段现今最大主应力方向分布图。

图11为鄂尔多斯XXX油区盒一段现今主差应力分布图(单位：Pa)。

图4中，V-1为实际要模拟的地质模型，V-2为建立的力学参数缓冲外框(次外框)，V-3为建立的施加应力载荷、约束外框(最外框)。

具体实施方式

下面结合附图说明本发明的具体实施方式：

以鄂尔多斯XXX油区上古生界盒一段储层为例来说明本发明的具体技术方案：-

第一步 利用小层划分、层序地层学、地震沉积学等原理，进行沉积微相、岩相的划分，识别岩性(泥岩、泥质粉砂岩、粉砂岩、细砂岩、中砂岩等)的渐变、突变界面。

第二步 遵循分区块-分层位-分岩性原则，选取不同岩心样品分别进行了单轴-三轴抗压实验测试，得到不同层段岩石力学参数，结合测井资料、地震资料，以测井解释的动态力学参数、岩石力学实验解释的静态力学参数为约束，反演目的层位的力学参数，结果如图2、图3所示。

第三步 以力学参数突变界面为约束，建立不同的体模型，并将不同的体模型进行初次网格划分，不同材料属性的体模型依次标记为E₁、E₂、E₃......E_m，其中m为不同的体模型总个数。

第四步 将初次网格划分的单元体与地震反演的力学参数耦合，初次网格划分的每个单元体对应的节点数目为n，导出每个单元体的坐标，在地震反演的力学参数中，采用距离筛选法确定与这n个节点最近的n个力学参数值，选定其平均值为单元体的材料属性值；进而确定初次网格划分单元体所一一对应的材料属性，进行二次网格单元属性修改，建立力学参数渐变-突变模型。

第五步 如图4所示，选取力学参数缓冲外框(次外框)的厚度取值为工区模型高差的1.4倍，保证地质模型与原有的地质力学属性趋于一致，力学参数缓冲外框在平面上能覆盖工区即可。

第六步 如图4所示，为了施加应力载荷、约束方便，建立相应的外框(最外框)，确定水平主应力的方向，设定边界与对应的主应力方向垂直，为了便于计算，建立力学参数均值地质体，建立地质力学模型。

第七步 施加载荷约束，进行应力场模拟，得到应力场模拟图件(图5-图11)。

上面以举例方式对本发明进行了说明，但本发明不限于上述具体实施例，凡基于本发明所做的任何改动或变型均属于本发明要求保护的范围。

Claims (2)

1.一种基于有限元法的非均质储层地质-力学建模方法，所述的步骤如下：

1)利用小层划分、层序地层学、地震沉积学等原理，进行沉积微相、岩相的划分，识别岩性的渐变、突变界面；

2)利用地震资料，以测井解释的动态力学参数、岩石力学实验解释的静态力学参数为约束，反演目的层位的力学参数；

3)以力学参数突变界面为约束，建立不同的体模型，并将不同的体模型进行初次网格划分；

4)将初次网格划分的单元体与地震反演的力学参数耦合，建立力学参数渐变-突变模型，初次网格划分的每个单元体对应的节点数目为n，导出每个单元体的坐标，在地震反演的力学参数中，采用距离筛选法确定与这n个节点对应的n个力学参数值，选定其平均值为单元体的材料属性值，确定初次网格划分单元体所一一对应的材料属性，进行二次网格单元属性修改，建立力学参数渐变-突变模型；

5)力学参数缓冲外框的厚度取值为工区模型高差的1.2～2.0倍，力学参数缓冲外框在平面上能覆盖工区即可；

6)建立载荷、约束施加外框，设定边界与对应的主应力方向垂直，为了便于计算，建立力学参数均值地质体，建立地质力学模型；

7)施加载荷约束，进行应力场模拟。

2.根据权利要求1所述的一种基于有限元法的非均质储层地质-力学建模方法，其特征在于：

所述的距离筛选法是指对地震反演的力学参数密集插值后，得到数据体Q₁；初次网格划分后得到节点的数据体Q₂；通过循环迭代，在数据体Q₁中，依次筛选与数据体Q₂中的节点最近的点。