CN111006987B - 一种储层裂缝孔渗参数预测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及油气田勘探开发领域，尤其是一种储层裂缝孔渗参数预测方法。通过确定裂缝开度影响因素的分布区间；依据裂缝面三维数据，建立裂缝面几何模型，确定裂缝开度理论预测模型；依据裂缝主控因素，预测相关主控因素分布规律。依据裂缝主控因素三维分布，利用裂缝开度理论预测模型实现开度确定性建模。依据裂缝开度、密度、长度以及产状分布，预测储层裂缝孔渗参数。本发明专利从数值模拟的角度提出了一种储层裂缝孔渗参数预测方法，预测结果对优选油气、矿产勘探重点区域以及天然裂缝性储层双孔双渗建模等多个方面有一定的参考意义。

Description

一种储层裂缝孔渗参数预测方法

技术领域

本发明涉及油气田勘探开发领域，尤其是一种储层裂缝孔渗参数预测方法。

背景技术

裂缝性油气藏勘探、开发的难点在于储层岩体中裂缝分布范围、发育程度的评价以及孔渗参数的定量预测。通过确定研究区裂缝密度、裂缝产状、裂缝组合样式、裂缝长度、裂缝充填物、裂缝充填率、裂缝充填样式、杨氏模量、泊松比、裂缝面粗糙度、裂缝面各向异性、摩擦系数、孔隙压力、水平应力差、剪应力以及埋深等影响因素的分布区间；依据裂缝面三维数据，建立裂缝面几何模型，确定边界条件，建立裂缝开度有限元模型，进行数值模拟，确定裂缝面上节点的位移信息，确定裂缝开度，依据裂缝影响因素区间范围，编制计算机程序流，快速模拟不同因素对裂缝开度的影响，分析主控因素之间相关性，确定裂缝开度理论预测模型；依据裂缝主控因素，预测相关主控因素分布规律。依据裂缝主控因素三维分布，利用裂缝开度理论预测模型实现开度确定性建模。依据裂缝开度、密度、长度以及产状分布，预测储层裂缝孔渗参数。

数值模拟是分析构造应力场的一种有效方法，有限元模拟是其中较为常用的方法。有限单元法是一种近似求解一般连续介质问题的数值求解法，其基本思路是将所研究的连续体简化为由有限个单元组成的离散化模型，再应用计算机求出数值解答。将一个地质体离散成有限个连续的单元，单元之间以节点相连，每个单元内赋予其实际的岩石力学参数。把求解研究区域内的连续场函数转化为求解有限个离散点处的场函数值，基本变量是位移、应变和应力。根据边界受力条件和节点的平衡条件，建立并求解以节点位移为未知量，以总体刚度矩阵为系数的方程组，用插值函数求得每个节点上的位移，进而计算每个单元内应力和应变值。然后将这些单元综合起来再计算整个地质体的构造应力场。随着单元数量增多，模型越接近于实际地质体，则求解越真实，精度越高。Liu et al.(2017,2018)基于有限元法提出了储层地质力学非均质建模方法，将应力场模拟和裂缝多参数预测精度大幅度提高[Liu,J.,Ding,W.,Yang,H.,et al.(2017).3d geomechanical modeling andnumerical simulation of in-situ stress fieldsin shale reservoirs:a case studyof the lower cambrian niutitang formation in the cen'gong block,southchina.Tectonophysics,s 712–713,663-683.Liu,J.,Ding,W.,Yang,H.,et al.(2018).Quantitative prediction of fractures using the finite element method:a casestudy of the LowerSilurian Longmaxi formation in northern Guizhou,SouthChina.Journal of Asian Earth Sciences,154,397-418.]。

发明内容

本发明旨在解决上述问题，提供了一种储层裂缝孔渗参数预测方法，它实现了一个油气藏地下裂缝真实孔隙度、渗透率的定量预测。

本发明的技术方案为：一种储层裂缝孔渗参数预测方法，具体步骤如下(图1)：

第一步确定所研究地区裂缝影响因素的区间范围，所述的裂缝影响因素包括裂缝参数、裂缝充填特征、岩石力学参数、裂缝面特征以及现今地应力五个大类，其中进一步分为裂缝密度、裂缝产状、裂缝组合样式、裂缝长度、裂缝充填物、裂缝充填率、裂缝充填样式、杨氏模量、泊松比、裂缝面粗糙度、裂缝面各向异性、摩擦系数、孔隙压力、水平应力差、剪应力以及埋深16个小类；

第二步通过裂缝面三维激光扫描，得到裂缝面三维数据，建立裂缝面几何模型，确定边界条件，建立裂缝开度有限元模型，进行数值模拟，确定裂缝面上节点的位移信息，确定裂缝地下开度，依据裂缝影响因素区间范围，编制计算机程序流，快速模拟不同因素对裂缝开度的影响，分析主控因素之间相关性，确定裂缝开度理论预测模型；

第三步依据裂缝主控因素，预测相关主控因素分布规律。

所述的相关主控因素分布规律预测方法为：

①.裂缝密度、裂缝产状通过建立储层地质力学非均质模型，模拟裂缝形成时期应力场，利用岩石应变能释放率模拟裂缝密度、产状。

②.通过野外观察裂缝组合样式、裂缝长度，建立裂缝长度与裂缝密度、组合样式的数学关系，通过确定每组裂缝密度，预测裂缝的长度以及组合样式。其中裂缝组合样式由专利所提的定义计算(专利号：201610835609X，专利名：一种断层和裂缝发育密度、均匀性以及组合样式评价方法)。

③.裂缝充填物、裂缝充填率、裂缝充填样式通过对岩心、野外以及镜下不同组系的裂缝观察确定。

④.岩石杨氏模量、泊松比通过测井解释以及岩石三轴力学实现，并进行岩石动静态力学转换为岩石静态力学参数。

⑤.通过对不同组系的含裂缝面样品三维激光扫描获得裂缝面数据，将采集的数据计算得到裂缝面粗糙度以及各向异性；利用摩擦系数测试仪对不同组系的裂缝面测量确定裂缝面摩擦系数；

⑥.孔隙压力通过测井计算确定；水平应力差、剪应力以及埋深通过建立的储层地质力学非均质模型，通过数值模拟确定水平最大主应力、水平最小主应力以及垂向主应力，利用垂向主应力模拟埋深对裂缝开度的影响；

依据上述六个子步骤，确定研究区裂缝密度、裂缝产状、裂缝组合样式、裂缝长度、裂缝充填物、裂缝充填率、裂缝充填样式、杨氏模量、泊松比、裂缝面粗糙度、裂缝面各向异性、摩擦系数、孔隙压力、水平应力差、剪应力以及埋深16个小类因素的分布规律。

第四步依据裂缝主控因素三维分布，结合裂缝形成时期，利用裂缝开度理论预测模型实现地下不同时期形成裂缝开度确定性建模。

第五步依据裂缝开度、密度、长度以及产状分布，依据裂缝孔隙度、渗透率计算模型，预测储层裂缝孔渗参数；所述的裂缝孔隙度、渗透率计算模型如下：

在复杂的地质条件下，储层裂缝经历多期构造运动改造，每组裂缝的产状、面密度、开度往往不同，如图2所示，以裂缝为参照物建立静态坐标系(O-ENWS)，以大地坐标为参照物建立动态坐标系(O-XY)，定义θ为水平面内OX轴与正东方向的夹角，即动态坐标系的旋转角，通过调整θ的大小，求取裂缝在动态坐标系中不同方向的渗透率。定义OX轴位于北东向时，θ为负值；位于南东向时，θ为正值。据模拟的裂缝长度、面密度以及开度，将模拟单元裂缝分为m段，裂缝的孔隙度计算公式表示为：

单元体内发育多组裂缝时，最大渗透率方向θ_max为：

在单元体内，裂缝最大渗透率方向上，渗透率大小K_max表示为：

公式(1)–公式(3)中，r为模拟单元边长；依b_i、l_i分别为第i段裂缝的长度、宽度；n_xi、n_yi、n_zi分别为第i段裂缝面的单位法向量在X、Y、Z轴的坐标轴的分量；ρ_a为裂缝面密度。

本发明的有益效果是：通过确定裂缝影响因素的分布区间；依据裂缝面三维数据，建立裂缝面几何模型，确定边界条件，建立裂缝开度有限元模型，进行数值模拟，确定裂缝面上节点的位移信息，确定裂缝开度，依据裂缝影响因素区间范围，编制计算机程序流，快速模拟不同因素对裂缝开度的影响，分析主控因素之间相关性，确定裂缝开度理论预测模型；依据裂缝主控因素，预测相关主控因素分布规律。依据裂缝主控因素三维分布，利用裂缝开度理论预测模型实现开度确定性建模。依据裂缝开度、密度、长度以及产状分布，预测储层裂缝孔渗参数。本发明专利从数值模拟的角度提出了一种储层裂缝孔渗参数预测方法，具有较高的实用价值，并且预测成本低廉、可操作性强，能大量减少人力、财力的支出。

附图说明

图1为一种储层裂缝孔渗参数预测方法的流程图。

图2裂缝孔渗参数预测几何模型。

图3裂缝的开度与闭合率随深度的变化规律。

图4裂缝的开度、闭合率与水平应力差的变化规律。

图5(A)岩石样式模量；(B)泊松比分布。

图6(A)水平最小主应力分布；(B)水平最大主应力分布。

图7研究区不同层位裂缝的线密度分布。

图8(A)模拟的燕山期裂缝走向分布，(B)模拟的喜马拉雅期裂缝走向分布。

图9(A)燕山期裂缝的开度，(B)喜马拉雅期裂缝的开度。

图10不同层位裂缝的总孔隙度。

图11水平面最大裂缝渗透率主值。

图12水平最大裂缝渗透率主值方向。

具体实施方式

下面结合附图说明本发明的具体实施方式：

本发明专利以鄂尔多斯盆地陕北斜坡西部中段HQ287区块为例，说明本发明具体实施过程。研究区位于甘肃省华池县境内，属黄土塬地貌，地表为100～200m厚的第四系黄土覆盖，地形复杂，沟壑纵横，梁峁参差。河流下切较深的河谷中，可见岩石裸露。地面海拔1350～1660m，相对高差310m左右。属于鄂尔多斯盆地陕北斜坡南部，由差异压实作用形成的局部隆起，总体为平缓的西倾单斜，在单斜背景上发育东西向低幅度排状鼻状隆起；属岩性油藏，三角洲前缘湖底滑塌浊积扇沉积体系，砂体展布方向总体呈北东～南西方向。研究区自上而下依次钻遇地层为第四系、第三系、白垩系安定组、直罗组，侏罗系延安组、富县组，三叠系延长组。在该区钻遇的主要含油层系为三叠系延长组，其次为侏罗系延安组。延长组地层厚1000～1300米，与下伏纸坊组、上覆下侏罗统富县组均呈平行不整合接触。本项目研究的目的层为三叠系延长组长6油层组。储层裂缝孔渗参数预测步骤如下：

第一步确定HQ287区块裂缝影响因素的区间范围，所述的裂缝影响因素包括裂缝密度、裂缝产状、裂缝组合样式、裂缝长度、裂缝充填物、裂缝充填率、裂缝充填样式、杨氏模量、泊松比、裂缝面粗糙度、裂缝面各向异性、摩擦系数、孔隙压力、水平应力差、剪应力以及埋深16个小类；

第二步通过裂缝面三维激光扫描，得到裂缝面三维数据，建立裂缝面几何模型，确定边界条件，建立裂缝开度有限元模型，进行数值模拟，确定裂缝面上节点的位移信息，确定裂缝地下开度，依据裂缝影响因素区间范围，编制计算机程序流，快速模拟不同因素对裂缝开度的影响，分析主控因素之间相关性(图3、图4)，确定裂缝开度理论预测模型；

第三步确定研究区影响裂缝开度的主要因素为裂缝密度、产状、地应力、埋深、岩石杨氏模量、泊松比以及裂缝充填性，预测相关主控因素分布规律(图5、图6、图7、图8)。

第四步依据裂缝主控因素三维分布，结合裂缝形成时期，利用裂缝开度理论预测模型实现地下不同时期形成裂缝开度确定性建模(图9)。

第五步依据公式(1)-公式(3)预测裂缝孔隙度、渗透率主值以及主值方法(图10、图11、图12)。

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 (3)

1.一种储层裂缝孔渗参数预测方法，实现的步骤如下：

第一步确定所研究地区裂缝影响因素的区间范围，所述的裂缝影响因素包括裂缝密度、裂缝产状、裂缝组合样式、裂缝长度、裂缝充填物、裂缝充填率、裂缝充填样式、杨氏模量、泊松比、裂缝面粗糙度、裂缝面各向异性、摩擦系数、孔隙压力、水平应力差、剪应力以及埋深16个小类；

第二步通过裂缝面三维激光扫描，得到裂缝面三维数据，建立裂缝面几何模型，确定边界条件，建立裂缝开度有限元模型，进行数值模拟，确定裂缝面上节点的位移信息，确定裂缝地下开度，依据裂缝影响因素区间范围，编制计算机程序流，快速模拟不同因素对裂缝开度的影响，分析主控因素之间相关性，确定裂缝开度理论预测模型；

第三步依据裂缝主控因素，预测相关主控因素分布规律；

第四步依据裂缝主控因素三维分布，结合裂缝形成时期，利用裂缝开度理论预测模型实现地下不同时期形成裂缝开度确定性建模；

第五步依据裂缝开度、密度、长度以及产状分布，依据裂缝孔隙度、渗透率计算模型，预测储层裂缝孔渗参数。

2.根据权利要求1所述的一种储层裂缝孔渗参数预测方法，其特征在于：

所述的相关主控因素分布规律预测的步骤为：

①.裂缝密度、裂缝产状通过建立储层地质力学非均质模型，模拟裂缝形成时期应力场，利用岩石应变能释放率模拟裂缝密度、产状；

②.通过野外观察裂缝组合样式、裂缝长度，建立裂缝长度与裂缝密度、组合样式的数学关系，通过确定每组裂缝密度，预测裂缝的长度以及组合样式；

③.裂缝充填物、裂缝充填率、裂缝充填样式通过对岩心、野外以及镜下不同组系的裂缝观察确定；

④.岩石杨氏模量、泊松比通过测井解释以及岩石三轴力学实现，并进行岩石动静态力学转换为岩石静态力学参数；

⑤.通过对不同组系的含裂缝面样品三维激光扫描获得裂缝面数据，将采集的数据计算得到裂缝面粗糙度以及各向异性；利用摩擦系数测试仪对不同组系的裂缝面测量确定裂缝面摩擦系数；

⑥.孔隙压力通过测井计算确定；水平应力差、剪应力以及埋深通过建立的储层地质力学非均质模型，通过数值模拟确定水平最大主应力、水平最小主应力以及垂向主应力，利用垂向主应力模拟埋深对裂缝开度的影响；

依据上述六个子步骤，确定研究区裂缝密度、裂缝产状、裂缝组合样式、裂缝长度、裂缝充填物、裂缝充填率、裂缝充填样式、杨氏模量、泊松比、裂缝面粗糙度、裂缝面各向异性、摩擦系数、孔隙压力、水平应力差、剪应力以及埋深16个小类因素的分布规律。

3.根据权利要求1所述的一种储层裂缝孔渗参数预测方法，其特征在于：

所述的裂缝孔隙度、渗透率计算模型，实现的步骤为：

在复杂的地质条件下，储层裂缝经历多期构造运动改造，每组裂缝的产状、面密度、开度往往不同，以裂缝为参照物建立静态坐标系O-ENWS，以大地坐标为参照物建立动态坐标系O-XY，定义θ为水平面内OX轴与正东方向的夹角，即动态坐标系的旋转角，通过调整θ的大小，求取裂缝在动态坐标系中不同方向的渗透率；定义OX轴位于北东向时，θ为负值；位于南东向时，θ为正值；据模拟的裂缝长度、面密度以及开度，将模拟单元裂缝分为m段，裂缝的孔隙度计算公式表示为：

单元体内发育多组裂缝时，最大渗透率方向θ_max为：

在单元体内，裂缝最大渗透率方向上，渗透率大小K_max表示为：

公式(1)–公式(3)中，r为模拟单元边长；依b_i、l_i分别为第i段裂缝的长度、宽度；n_xi、n_yi、n_zi分别为第i段裂缝面的单位法向量在X、Y、Z轴的坐标轴的分量；ρ_a为裂缝面密度。

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