CN113779811B - 一种构造变形对现今地应力方位扰动的定量分析方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种构造变形对现今地应力方位扰动的定量分析方法，包括以下步骤：进行研究区局部褶皱变形样式的精细解析，并划分内部岩石力学层结构类型，建立井剖面的地应力方位判定技术、构建褶皱几何学描述参数与地应力扰动量之间的定量关系、明确引起地应力场扰动的关键因素和进行水平井区内地应力场的分布预测；本发明综合利用地质力学、应用物理及人工智能与大数据等多学科交叉，实现井筒剖面地应力方位的准确判定，并结合数值模拟实验结果，建立地应力方位扰动量与扰动范围的定量评价图版，可以为复杂褶皱变形区受地应力场扰动后水平井轨迹优化和井壁稳定提供科学的建议，提高水力压裂效果，减少钻井失利，具有精度高，限制小的优点。

Description

一种构造变形对现今地应力方位扰动的定量分析方法
技术领域
本发明涉及现今地应力测量技术领域，尤其涉及一种构造变形对现今地应力方位扰动的定量分析方法。
背景技术
目前较为常用的地应力现场测量方法主要包括了浅层与深层地应力测量的现场测量、岩石室内分析测试及地球物理资料分析等系列间接或直接测量方法，目前油气田钻井地应力方向确定的技术主要包括了古地磁与波速各向异性或差应变的岩心实验测试方法，井壁崩落法、井径测井、交叉偶极子横波测井、地震震源机制解及微地震监测方法等十余种基于均质各向同性介质地层的测量方法，而对于深层页岩储层强非均质性、强各向异性的特点，往往降低了其测量结果的有效性，使各种方法展现出了其各自的局限性；
这些方法往往集中于断层对地应力场影响的变化规律上，尚缺乏从岩石力学和力的叠加合成角度揭示其深层的力学机理，且这些描述大多以定性描述为主，而对于断层及其附近地应力场偏转角度和扰动范围的定量评价研究明显不足，相比断层对地应力场的影响研究，褶皱对地应力场扰动的规律研究就更少了，且未从岩体弹性力学出发，揭示褶皱曲率、褶皱岩石力学及褶皱与断层复合时褶皱中性面上下或不同构造部位地应力场的偏转规律，也缺乏褶皱发育区地应力方位偏转量和扰动宽度的定量分析方法；
目前关于复杂构造对地应力场扰动的影响研究，大多集中于变化规律的定性描述，尚缺乏对于这种变化规律背后所蕴含的力学机理的深刻认识，也缺少复杂构造及其附近地应力场扰动量和扰动宽度的定量评价技术与方法，而页岩气井通常采用“水平井+分段压裂”工艺实现经济开采，这对水平井段间横向应力状态的预测和变化规律描述提出了较高的要求，依靠传统的有限元和地震数据预测方法，其精度和预测方法本身的限制性较强，因此，本发明提出一种复杂区现今地应力方位扰动量与范围的定量评方法以解决现有技术中存在的问题。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提出一种构造变形对现今地应力方位扰动的定量分析方法，该方法通过综合利用地质力学、应用物理及人工智能与大数据等多学科交叉，实现井筒剖面地应力方位的准确判定，并结合数值模拟实验结果，建立地应力方位扰动量与扰动范围的定量评价图版,可以为复杂变形区受地应力场扰动后水平井轨迹优化和井壁稳定提供科学的建议。
为了实现本发明的目的，本发明通过以下技术方案实现：一种构造变形对现今地应力方位扰动的定量分析方法，包括以下步骤：
步骤一
利用研究区二维或三维地震资料，进行构造变形的精细解析，明确褶皱变形样式类型及相应的几何学描述参数，利用褶皱变形区单井的阵列声波测井资料与岩石力学实验结果，完成单井的岩石力学参数精细解释，并划分褶皱变形层内部的岩石力学层结构类型；
步骤二
利用资料研究天然裂缝、页理与井壁崩落、人工裂缝、横波各向异性和现今地应力方向之间的相关关系，分析深埋背景下非均质性极强的页岩地层地应力方向测量方法的适用性，修正和完善页岩单井地应力方向判定与测量方法，建立基于钻井地质力学环境分析与井点地应力监测大数据的井剖面地应力方位判定技术，为受复杂构造扰动下钻井地应力方位纵向变化规律研究和扰动分析提供数据支撑；
步骤三
综合利用岩心数据、井壁数据、井旁数据、压裂数据及测井资料开展关键井全井筒精确的地应力剖面解释，明确从岩心至井壁、从井壁至井旁以及从井旁至井身的地应力状态在纵向和横向上多尺度的变化特征，构建具不同曲率与不同岩石力学层结构的褶皱定量几何学描述参数与地应力方位扰动量之间的定量关系；
步骤四
从复杂的构造样式中，抽取典型的褶皱变形几何样式，结合岩石力学层结构的划分结果，构建地质力学模型，开展单因素及其组合影响下褶皱变形引起地应力场扰动的数值仿真实验，明确引起深层页岩储层地应力场扰动的关键地质力学因素，基于褶皱变形派生的局部应力与区域应力场的矢量叠加，构建褶皱变形区内地应力方向扰动量和范围的理论评价图版；
步骤五
基于不同构造部位井点剖面地应力状态解释结果，并结合不同地质构造地应力场扰动的理论力学分析和数值模拟实验结果，建立地应力方位的偏转角度与扰动宽度的定量评价图版，并据此进行水平井区内地应力场的分布预测，为复杂构造带上页岩气水平井钻井方位的优化与水力压裂改造方案设计提供科学的指导建议。
进一步改进在于：所述步骤二中，研究天然裂缝、页理与井壁崩落、人工裂缝、横波各向异性、现今地应力方向之间的相关关系时，以成像测井、地层倾角与三井径资料、交叉偶极子阵列声波测井、天然地震、古地磁与波速各向异性测试资料为基础进行研究。
进一步改进在于：所述步骤三中，所述岩心数据为岩心测试数据，所述井壁数据为井壁形迹数据，所述井旁数据为井旁结构波速各向异性数据。
进一步改进在于：所述步骤四中，所述复杂的构造样式为褶皱变形及其复合构造样式，抽取的典型几何样式为单一褶皱变形样式类型。
进一步改进在于：所述步骤五中，建立的地应力方位的偏转角度与扰动宽度的定量评价关系图版为具不同变形曲率与岩石力学层结构的褶皱内地应力方位的偏转角度与扰动宽度的定量评价关系图版。
本发明的有益效果为：本发明通过综合利用地质力学、应用物理及人工智能与大数据等多学科交叉，实现井筒剖面地应力方位的准确判定，并结合数值模拟实验结果，建立地应力方位扰动量与扰动范围的定量评价图版,可以为复杂变形区受地应力场扰动后水平井轨迹优化和井壁稳定提供科学的建议，提高水力压裂效果，减少钻井的失利，且相比传统方法，本发明方法科学严谨，具有精度高，限制小的优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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是本发明的方法流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
参见图1，本实施例提供了一种构造变形对现今地应力方位扰动的定量分析方法，包括以下步骤：
步骤一
利用研究区二维或三维地震资料，进行构造变形的精细解析，明确褶皱变形样式类型及相应的几何学描述参数，利用褶皱变形区单井的阵列声波测井资料与岩石力学实验结果，完成单井的岩石力学参数精细解释，并划分褶皱变形层内部的岩石力学层结构类型；
步骤二
利用成像测井、地层倾角与三井径资料、交叉偶极子阵列声波测井、天然地震、古地磁与波速各向异性测试资料，研究天然裂缝、页理与井壁崩落、人工裂缝、横波各向异性和现今地应力方向之间的相关关系，分析深埋背景下非均质性极强的页岩地层地应力方向测量方法的适用性，修正和完善页岩单井地应力方向判定与测量方法，建立基于钻井地质力学环境分析与井点地应力监测大数据的井剖面地应力方位判定技术，为受复杂构造扰动下钻井地应力方位纵向变化规律研究和扰动分析提供数据支撑；
步骤三
综合利用岩心测试数据、井壁形迹数据、井旁结构波速各向异性数据、压裂数据及测井资料开展关键井全井筒精确的地应力剖面解释，明确从岩心至井壁、从井壁至井旁以及从井旁至井身的地应力状态在纵向和横向上多尺度的变化特征，构建具不同曲率与不同岩石力学层结构的褶皱定量几何学描述参数与地应力方位扰动量之间的定量关系；
步骤四
从复杂的构造样式中，抽取典型的褶皱变形几何样式，复杂的构造样式为褶皱变形及其复合构造样式，抽取的典型几何样式为单一褶皱变形样式类型，如纵弯褶皱、横弯褶皱及弯滑褶皱等，结合岩石力学层结构的划分结果，构建地质力学模型，开展单因素及其组合影响下褶皱变形引起地应力场扰动的数值仿真实验，明确引起深层页岩储层地应力场扰动的关键地质力学因素，基于褶皱变形派生的局部应力与区域应力场的矢量叠加，构建褶皱变形区内地应力方向扰动量和范围的理论评价图版；
步骤五
基于不同构造部位井点剖面地应力状态解释结果，并结合不同地质构造地应力场扰动的理论力学分析和数值模拟实验结果，建立具不同变形曲率与岩石力学层结构的褶皱内地应力方位的偏转角度与扰动宽度的定量评价关系图版，并据此进行水平井区内地应力场的分布预测，为复杂构造带上页岩气水平井钻井方位的优化与水力压裂改造方案设计提供科学的指导建议。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种构造变形对现今地应力方位扰动的定量分析方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：利用研究区二维或三维地震资料，进行构造变形的精细解析，明确褶皱变形样式类型及相应的几何学描述参数，利用褶皱变形区单井的阵列声波测井资料与岩石力学实验结果，完成单井的岩石力学参数精细解释，并划分褶皱变形层内部的岩石力学层结构类型；
步骤二：利用资料研究天然裂缝、页理与井壁崩落、人工裂缝、横波各向异性和现今地应力方向之间的相关关系，分析深埋背景下非均质性极强的页岩地层地应力方向测量方法的适用性，修正和完善页岩单井地应力方向判定与测量方法，建立基于钻井地质力学环境分析与井点地应力监测大数据的井剖面地应力方位判定技术，为受复杂构造扰动下钻井地应力方位纵向变化规律研究和扰动分析提供数据支撑；
步骤三：综合利用岩心数据、井壁数据、井旁数据、压裂数据及测井资料开展关键井全井筒精确的地应力剖面解释，明确从岩心至井壁、从井壁至井旁以及从井旁至井身的地应力状态在纵向和横向上多尺度的变化特征，构建具不同曲率与不同岩石力学层结构的褶皱定量几何学描述参数与地应力方位扰动量之间的定量关系；
步骤四：从复杂的构造样式中，抽取典型的褶皱变形几何样式，结合岩石力学层结构的划分结果，构建地质力学模型，开展单因素及其组合影响下褶皱变形引起地应力场扰动的数值仿真实验，明确引起深层页岩储层地应力场扰动的关键地质力学因素，基于褶皱变形派生的局部应力与区域应力场的矢量叠加，构建褶皱变形区内地应力方向扰动量和范围的理论评价图版；
步骤五：基于不同构造部位井点剖面地应力状态解释结果，并结合不同地质构造地应力场扰动的理论力学分析和数值模拟实验结果，建立地应力方位的偏转角度与扰动宽度的定量评价图版，建立的地应力方位的偏转角度与扰动宽度的定量评价关系图版为具不同变形曲率与岩石力学层结构的褶皱内地应力方位的偏转角度与扰动宽度的定量评价关系图版，并据此进行水平井区内地应力场的分布预测，为复杂构造带上页岩气水平井钻井方位的优化与水力压裂改造方案设计提供科学的指导建议。
2.根据权利要求1所述的一种构造变形对现今地应力方位扰动的定量分析方法，其特征在于：所述步骤二中，研究天然裂缝、页理与井壁崩落、人工裂缝、横波各向异性、现今地应力方向之间的相关关系时，以成像测井、地层倾角与三井径资料、交叉偶极子阵列声波测井、天然地震、古地磁与波速各向异性测试资料为基础进行研究。
3.根据权利要求1所述的一种构造变形对现今地应力方位扰动的定量分析方法，其特征在于：所述步骤三中，所述岩心数据为岩心测试数据，所述井壁数据为井壁形迹数据，所述井旁数据为井旁结构波速各向异性数据。
4.根据权利要求1所述的一种构造变形对现今地应力方位扰动的定量分析方法，其特征在于：所述步骤四中，所述复杂的构造样式为褶皱变形及其复合构造样式，抽取的典型几何样式为单一褶皱变形样式类型。
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