CN113341458B - 基于构造应变的水平主应力确定方法、装置及存储介质 - Google Patents

基于构造应变的水平主应力确定方法、装置及存储介质 Download PDF

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Abstract

本申请涉及一种基于构造应变的水平主应力确定方法、装置及存储介质，其中该方法，包括：根据方位地震数据确定地层的体曲率Kx和Ky；根据Kx和Ky确定地层的最大与最小水平主应力方向上的应变εx和εy；确定扰动裂缝的法向柔度ZN，以及背景各向同性介质的杨氏模量E、泊松比ν和剪切模量μ；确定地层的垂直主应力σz；根据εx、εy、ZN、σz、E、ν和μ利用申请构造的函数确定地层的最大和最小水平主应力σx和σy。通过本申请，减少了误差，结果更加准确。

Description

基于构造应变的水平主应力确定方法、装置及存储介质
技术领域
本申请涉及油气勘探开发技术领域，尤其涉及一种基于构造应变的水平主应力确定方法、装置及存储介质。
背景技术
世界页岩气资源很丰富，可作为常规石油天然气的接替能源，但还未得到广泛勘探开发，根本原因是页岩油气藏的孔隙度和渗透率都很低。因此，页岩油气藏的开采一般需要对储层进行压裂改造，岩石在压裂过程中不断产生新的裂缝，最终形成有利于裂缝和孔隙中油气运移、聚集和开采的裂缝网络，地应力能够决定水力压裂改造过程中所产生裂缝的形态和方位特征，可靠的地应力计算可以提高页岩油气藏的产量和采收率。
现在预测地应力的方法有很多种，有通过直接或间接测量来获得地层的地应力，有通过测井技术估算地应力，其中基于成像测井判断地应力的方向，以及基于声波测井估算地应力的方法。但利用地震技术预测地应力工程甜点区域，仍然是研究人员探索和努力的方向。
目前利用地震预测地应力的方法有很多种，例如基于反射系数反演的地应力预测方法和基于曲率属性的地应力预测方法以及基于岩石物理模型的地应力预测方法等。
其中，基于曲率属性的地应力预测方法，组合弹簧模型在岩石为均匀各向同性介质的假设条件下，引入了弹性参数以及水平主应力方向上的最大与应变来计算地层的地应力(邓金根，1997)。首先利用地震资料反演地下弹性参数杨氏模量和泊松比；然后利用地震资料和速度分析获得地下介质层速度，进而计算得到地层压力；接着利用叠前地震资料和层位数据计算曲率属性，利用曲率属性计算出水平方向构造应变；最后将以上计算结果代入线性各向同性组合弹簧模型，预测地下应力分布。该方法存在未知参数多、难以利用地震数据反演获得、累积误差较大等问题。
其中，基于岩石物理模型的地应力预测方法，当岩石中存在大量的高角度裂缝和微裂缝时，根据线性滑动理论，将裂缝型储层的等效柔度张量近似等价于非裂缝背景介质的柔度张量与裂缝扰动柔度张量之和，因此，将裂缝型储层近似等价为具有水平对称轴的横向各向同性介质。对HTI介质进行主应力估算时，在线性滑动理论的基础上，利用广义虎克定律可以对应力与应变之间的关系进行岩石力学参数的矩阵表征。假设地下水平方向上的应变为零，得到两个水平方向上的应力公式。根据该公式估算出地层的最大水平地应力和最小水平地应力。该方法在水平应变为零的假设条件下成立，但实际地层的水平应变不为零，预测结果与实际情况存在误差。
发明内容
为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本申请提供了一种基于构造应变的水平主应力确定方法、装置及存储介质。
第一方面，本申请提供了一种基于构造应变的水平主应力确定方法，包括：根据方位地震数据确定地层的体曲率Kx和Ky；根据Kx和Ky确定地层的最大与最小水平主应力方向上的应变εx和εy；确定扰动裂缝的法向柔度ZN，以及背景各向同性介质的杨氏模量E、泊松比ν和剪切模量μ；确定地层的垂直主应力σz；根据εx、εy、ZN、σz、E、ν和μ确定地层的最大和最小水平主应力σx和σy。
其中：
Figure BDA0003037520100000021
在某些实施中，根据方位地震数据确定地层的体曲率Kx和Ky，包括：通过离心窗扫描方法根据方位地震数据确定地层的体曲率Kx和Ky。
在某些实施中，根据Kx和Ky确定地层的最大与最小水平主应力方向上的应变εx和εy，包括：根据Kx和Ky以及地层的时间厚度z，确定地层的最大与最小水平主应力方向上的应变εx和εy，其中，εx＝-zKx，εy＝-zKy。
在某些实施中，确定扰动裂缝的法向柔度ZN，以及背景各向同性介质的杨氏模量E、泊松比ν和剪切模量μ，包括：通过方位弹性阻抗反演确定扰动裂缝的法向柔度ZN，以及背景各向同性介质的杨氏模量E、泊松比ν和剪切模量μ。
第二方面，本申请提供了一种基于构造应变的水平主应力确定装置，包括：第一确定模块，用于根据方位地震数据确定地层的体曲率Kx和Ky；第二确定模块，用于根据Kx和Ky确定地层的最大与最小水平主应力方向上的应变εx和εy；第三确定模块，用于确定扰动裂缝的法向柔度ZN，以及背景各向同性介质的杨氏模量E、泊松比ν和剪切模量μ；第四确定模块，用于确定地层的垂直主应力σz；第五确定模块，用于根据εx、εy、ZN、σz、E、ν和μ确定地层的最大和最小水平主应力σx和σy。
其中，
Figure BDA0003037520100000031
在某些实施中，第一确定模块，用于通过离心窗扫描方法根据方位地震数据确定地层的体曲率Kx和Ky。
在某些实施中，第二确定模块，用于根据Kx和Ky以及地层的时间厚度z，确定地层的最大与最小水平主应力方向上的应变εx和εy，其中，εx＝-zKx，εy＝-zKy。
在某些实施中，第三确定模块，用于通过方位弹性阻抗反演确定扰动裂缝的法向柔度ZN，以及背景各向同性介质的杨氏模量E、泊松比ν和剪切模量μ。
第三方面，本申请提供了一种计算机设备，该计算机设备包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序；该计算机程序被处理器执行时实现上述任一基于构造应变的水平主应力确定方法的步骤。
第四方面，本申请提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有基于构造应变的水平主应力确定程序，该基于构造应变的水平主应力确定程序被处理器执行时实现上述任一基于构造应变的水平主应力确定方法的步骤。
本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：本申请实施例提供的该方法，减少了误差，结果更加准确。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的基于构造应变的水平主应力确定方法一种实施方式的流程图；
图2为本申请实施例提供的基于构造应变的水平主应力确定装置一种实施方式的结构框图；
图3为本申请实施例提供的计算机设备一种实施方式的硬件示意图；
图4为本申请实施例提供的实例的最大正曲率的预测结果的示意图；
图5为本申请实施例一实例的最小负曲率的预测结果的示意图；
图6为本申请实施例一实例的最小水平主应力预测结果层切片；
图7为本申请实施例一实例的最大水平主应力预测结果层切片。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本申请的说明，其本身没有特定的意义。因此，“模块”、“部件”或“单元”可以混合地使用。
申请在现有的多种地应力计算模型的基础上，考虑实际地层介质中由于裂缝引起的各向异性特征，将实际页岩地层近似等效为具有水平对称轴的横向各向同性介质(HTI介质)，由各向同性介质与许多定向排列的高角度近似垂直的裂缝叠加构成。根据广义胡克定律得到岩石的应力应变关系，将其变换为应变是应力的函数形式，表示为：
εi＝Sijσj (1)
式(1)中，S表示弹性介质的柔度张量，根据线性滑动理论，将横向HTI介质模型的柔度矩阵表示为：
Figure BDA0003037520100000051
式(2)中E、ν、μ分别表示背景各向同性介质的杨氏模量、泊松比和剪切模量，ZN、ZT分别表示为扰动裂缝的法向柔度和切向柔度。
将柔度矩阵带入式(1)，得出水平方向上应力与应变的关系表达式：
Figure BDA0003037520100000052
Figure BDA0003037520100000061
式(3)和(4)中，εx和εy分别表示为最大和最小水平主应力方向上的应变；σx、σy分别表示地层的最大和最小水平主应力；σz表示垂直主应力；E、ν、μ分别表示背景各向同性介质的杨氏模量、泊松比和剪切模量，ZN表示为扰动裂缝的法向柔度。
联立(3)与(4)解方程，得出最大和最小水平主应力的表达式：
Figure BDA0003037520100000062
Figure BDA0003037520100000063
式(5)和(6)中，σx、σy分别表示地层的最大和最小水平主应力；εx和εy分别表示为最大和最小水平主应力方向上的应变；σz表示垂直主应力；E、ν、μ分别表示背景各向同性介质的杨氏模量、泊松比和剪切模量；ZN表示为扰动裂缝的法向柔度。
在薄板理论的基础上，假设地层的时间厚度为z秒，那么地层的应变可以表示为：
Figure BDA0003037520100000064
Figure BDA0003037520100000065
本申请实施例提供了一种基于构造应变的水平主应力确定方法，如图1所示，该方法包括步骤S102至步骤S110。
步骤S102，根据方位地震数据确定地层的体曲率Kx和Ky。
步骤S104，根据Kx和Ky确定地层的最大与最小水平主应力方向上的应变εx和εy。
步骤S106，确定扰动裂缝的法向柔度ZN，以及背景各向同性介质的杨氏模量E、泊松比ν和剪切模量μ。
步骤S108，确定地层的垂直主应力σz。
步骤S110，根据εx、εy、ZN、σz、E、ν和μ确定地层的最大和最小水平主应力σx和σy。
在步骤S110中，根据式(5)和(6)确定地层的最大和最小水平主应力σx和σy。
在步骤S108中，采用公知技术确定地层的垂直主应力σz，本申请实施例对此不做赘述。
在某些实施中，上述步骤S102中，通过离心窗扫描方法根据方位地震数据确定地层的体曲率Kx和Ky。离心窗扫描方法可参见公知技术，本申请实施例对此不做赘述。
在某些实施中，上述步骤S104中，根据式(7)和(8)确定地层的最大与最小水平主应力方向上的应变εx和εy。
在某些实施中，上述步骤S106中，通过方位弹性阻抗反演确定扰动裂缝的法向柔度ZN，以及背景各向同性介质的杨氏模量E、泊松比ν和剪切模量μ，以获得稳定的反演结果。方位弹性阻抗反演可参见公知技术，本申请实施例对此不做赘述。
应当理解，本实施例中步骤标号并非对步骤顺序的限定，没有依赖关系的步骤可以以其他顺序执行。
本申请实施例还提供了一种基于构造应变的水平主应力确定装置，如图2所示，该装置包括：第一确定模块21，用于根据方位地震数据确定地层的体曲率Kx和Ky；第二确定模块22，与第一确定模块21相连，用于根据Kx和Ky确定地层的最大与最小水平主应力方向上的应变εx和εy；第三确定模块23，用于确定扰动裂缝的法向柔度ZN，以及背景各向同性介质的杨氏模量E、泊松比ν和剪切模量μ；第四确定模块24，用于确定地层的垂直主应力σz；第五确定模块25，与第二确定模块22、第三确定模块23以及第四确定模块24相连，用于根据εx、εy、ZN、σz、E、ν和μ确定地层的最大和最小水平主应力σx和σy。
第五确定模块25，按照式(5)和(6)确定地层的最大和最小水平主应力σx和σy。
在某些实施中，第一确定模块21，用于通过离心窗扫描方法根据方位地震数据确定地层的体曲率Kx和Ky。
在某些实施中，第二确定模块22，用于根据Kx和Ky以及地层的时间厚度z，确定地层的最大与最小水平主应力方向上的应变εx和εy，其中，εx＝-zKx，εy＝-zKy。
在某些实施中，第三确定模块23，用于通过方位弹性阻抗反演确定扰动裂缝的法向柔度ZN，以及背景各向同性介质的杨氏模量E、泊松比ν和剪切模量μ。
本申请实施例还提供了一种计算机设备。图3为本申请实施例提供的计算机设备一种实施方式的硬件结构示意图，如图3所示，本申请实施例的计算机设备10至少包括但不限于：可通过系统总线相互通信连接的存储器11和处理器12。需要指出的是，图3仅示出了具有组件11-12的计算机设备10，但是应理解的是，并不要求实施所有示出的组件，可以替代的实施更多或者更少的组件。
本实施例中，存储器11(即可读存储介质)包括闪存、硬盘、多媒体卡、卡型存储器(例如，SD或DX存储器等)、随机访问存储器(RAM)、静态随机访问存储器(SRAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、可编程只读存储器(PROM)、磁性存储器、磁盘、光盘等。在一些实施例中，存储器11可以是计算机设备10的内部存储单元，例如计算机设备10的硬盘或内存。在另一些实施例中，存储器11也可以是计算机设备10的外部存储设备，例如该计算机设备10上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。当然，存储器11还可以既包括计算机设备10的内部存储单元也包括其外部存储设备。本实施例中，存储器11通常用于存储安装于计算机设备10的操作系统和各类软件。此外，存储器11还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的各类数据。
处理器12在一些实施例中可以是中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、控制器、微控制器、微处理器、或其他数据处理芯片。该处理器12通常用于控制计算机设备10的总体操作。本实施例中，处理器12用于运行存储器11中存储的程序代码或者处理数据，例如基于构造应变的水平主应力确定方法的程序代码。
本实施例还提供一种计算机可读存储介质，如闪存、硬盘、多媒体卡、卡型存储器(例如，SD或DX存储器等)、随机访问存储器(RAM)、静态随机访问存储器(SRAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、可编程只读存储器(PROM)、磁性存储器、磁盘、光盘、服务器、App应用商城等等，其上存储有计算机程序，程序被处理器执行时实现相应功能。本实施例的计算机可读存储介质用于存储基于构造应变的水平主应力确定装置的程序代码，被处理器执行时实现基于构造应变的水平主应力确定方法。
本申请实施例以一个示例对本申请实施的方法进行了验证，图4表示最大正曲率，图5表示最小负曲率，图6表示最小水平主应力的预测结果层切片，图7表示最大水平主应力的预测结果层切片。从图中可以看出该方法在工程上实现并且取得良好的预测结果。
通过本申请实施例，提供了考虑构造应变的水平主应力计算方法，利用离心窗扫描技术对方位地震数据进行扫描，得到地层的体曲率属性，从而计算地层的构造应变，通过方位弹性阻抗反演的方法，计算地应力中其他相关参数，实现最大与最小水平主应力反演预测。反演未知参数更少，减少了累计误差，结果更加准确。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
上述本申请实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述的方法。
上面结合附图对本申请的实施例进行了描述，但是本申请并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本申请的启示下，在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本申请的保护之内。

Claims (10)

1.一种基于构造应变的水平主应力确定方法，其特征在于，包括：
根据方位地震数据确定地层的体曲率Kx和Ky；
根据Kx和Ky以及地层的时间厚度z，确定地层的最大与最小水平主应力方向上的应变εx和εy，其中，εx＝-zKx，εy＝-zKy；
确定扰动裂缝的法向柔度ZN，以及背景各向同性介质的杨氏模量E、泊松比ν和剪切模量μ；
确定地层的垂直主应力σz；
根据εx、εy、ZN、σz、E、ν和μ确定地层的最大和最小水平主应力σx和σy；
其中，
Figure FDA0003679300900000011
Figure FDA0003679300900000012
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据方位地震数据确定地层的体曲率Kx和Ky，包括：通过离心窗扫描方法根据方位地震数据确定地层的体曲率Kx和Ky。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，确定扰动裂缝的法向柔度ZN，以及背景各向同性介质的杨氏模量E、泊松比ν和剪切模量μ，包括：通过方位弹性阻抗反演确定扰动裂缝的法向柔度ZN，以及背景各向同性介质的杨氏模量E、泊松比ν和剪切模量μ。
4.一种基于构造应变的水平主应力确定装置，其特征在于，包括：
第一确定模块，用于根据方位地震数据确定地层的体曲率Kx和Ky；
第二确定模块，用于根据Kx和Ky以及地层的时间厚度z，确定地层的最大与最小水平主应力方向上的应变εx和εy，其中，εx＝-zKx，εy＝-zKy；
第三确定模块，用于确定扰动裂缝的法向柔度ZN，以及背景各向同性介质的杨氏模量E、泊松比ν和剪切模量μ；
第四确定模块，用于确定地层的垂直主应力σz；
第五确定模块，用于根据εx、εy、ZN、σz、E、ν和μ确定地层的最大和最小水平主应力σx和σy；
其中，
Figure FDA0003679300900000021
Figure FDA0003679300900000022
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述第一确定模块，用于通过离心窗扫描方法根据方位地震数据确定地层的体曲率Kx和Ky。
6.根据权利要求4或5所述的装置，其特征在于，所述第三确定模块，用于通过方位弹性阻抗反演确定扰动裂缝的法向柔度ZN，以及背景各向同性介质的杨氏模量E、泊松比ν和剪切模量μ。
7.一种计算机设备，其特征在于，所述计算机设备包括：
存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序；
所述计算机程序被所述处理器执行时实现如权利要求1或2所述基于构造应变的水平主应力确定方法的步骤。
8.一种计算机设备，其特征在于，所述计算机设备包括：
存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序；
所述计算机程序被所述处理器执行时实现如权利要求3所述基于构造应变的水平主应力确定方法的步骤。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有基于构造应变的水平主应力确定程序，所述基于构造应变的水平主应力确定程序被处理器执行时实现如权利要求1或2所述的基于构造应变的水平主应力确定方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有基于构造应变的水平主应力确定程序，所述基于构造应变的水平主应力确定程序被处理器执行时实现如权利要求3所述的基于构造应变的水平主应力确定方法的步骤。
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CN109856678A (zh) * 2019-03-07 2019-06-07 中国石油化工股份有限公司 一种压扭性走滑断层走滑速率的计算方法

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