CN113821956A - 一种深层页岩储层现今地应力结构扰动量的评价方法 - Google Patents
一种深层页岩储层现今地应力结构扰动量的评价方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开一种深层页岩储层现今地应力结构扰动量的评价方法,步骤一、测试不同构造区关键井的地质力学参数,步骤二、单井剖面岩石力学和现今地应力大小及方向连续的解释,步骤三、建立精细地质模型,步骤四、获取非均质各向异性岩石力学参数场分布,步骤五、进行研究区地应力状态的分布预测并计算应力性质指数,步骤六、应力结构扰动量的定量评价;本发明基于精细的地质模型和三维地震属性反演的弹性参数约束,精准地预测了受复杂构造扰动后的三维深层地应力场的分布特征和扰动程度,为复杂构造区深层页岩气水平井钻井方向、井筒轨迹设计、完井压裂层段的选取提供依据,避免了钻井施工过程井壁垮塌等工程风险,提高井壁的稳定性和完井的质量。
Description
技术领域
本发明涉及石油勘探开发技术领域,尤其涉及一种深层页岩储层现今地应力结构扰动量的评价方法。
背景技术
关于地应力场建模与分布评价,目前较为常见的是利用地球物理反演和三维有限元数值模拟技术,地球物理反演常常过度依赖于三维地震数据的采集质量,并综合测井数据、地质资料等才能进行地应力场的分布预测,主要包括了基于叠前弹性参数进行AVA/AVAZ反演的地应力预测、基于地层孔隙压力属性的地应力计算方法等;
由于三维地质模型和计算工作量的限制,模型精度尤其是断层的三维岩石力学结构和网格尺度大小难以满足勘探开发的需求,且复杂构造带内断层和褶皱附近地应力场的扰动是普遍存在的,断块附近或褶皱不同部位井点的地应力状态与区域应力场特征具有较大的差异性,应力的解耦效应使得应力场的预测精度在复杂构造区内大幅下降,因此,本发明提出一种深层页岩储层现今地应力结构扰动量的评价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深层页岩储层现今地应力结构扰动量的评价方法,该深层页岩储层现今地应力结构扰动量的评价方法在复杂构造带内应力场解耦的力学机制分析的基础上,将有限元理论与地质、地球物理、钻井、压裂、室内岩心测试等数据进行充分融合分析,形成复杂构造扰动下地应力场三维有限元约束优化预测技术,建立适应于深层复杂构造带内页岩强非均质性的地应力场精细建模与定量评价方法,形成较为直观、便利的三维现今地应力结构扰动量和方位的制图方法,为深层页岩气水平井部署、水力压裂改造设计提供更加精准的建议。
为实现本发明的目的,本发明通过以下技术方案实现:一种深层页岩储层现今地应力结构扰动量的评价方法,包括以下步骤:
步骤一、测试研究区不同构造带关键井的储层地质力学关键参数;
步骤二、结合全波测井、多井径分析、成像测井、过井地震剖面波速各向异性提取、压裂施工曲线地应力大小的解释,完成单井剖面岩石力学、现今地应力大小、方向连续的解释;
步骤三、基于目的层段的地层、构造面和上伏地层等模型,利用petrel软件建立精细的地质模型;
步骤四、基于研究区三维地震属性反演的弹性参数约束,并结合不同构造区井点的岩石力学参数测试值进行各向异性序贯高斯随机模拟,获取三维非均质的岩石力学参数场分布;
步骤五、利用网格自适应加密技术进行网格剖分,将最终的数值模型体导入到Flac3D仿真计算软件中进行模拟和研究区地应力状态的分布预测,并计算目的层应力性质指数,应力指数的计算方法如下:
Tγ=(m+0.5)+(-1)m(γ-0.5);
其中
S1是最大主应力,S2是中间应力,S3是最小主应力;且当S2>S1>S3时,m=0;当S2>S1>S3时,m=1;当S2>S1>S3时,m=2。
应力指数(γ)的值决定了深层储层三向应力结构,即应力状态。当γ为0时,应力状态为径向均匀伸展性质;当γ为0.5时,应力状态为区域伸展性质;当γ为1.0时,应力状态为张扭性质;当γ为1.5时,应力状态为走滑性质;当γ为2.0时,应力状态为压扭性质;当γ为2.5时,应力状态为挤压性质;当γ为3.0时,应力状态为径向均匀压缩性质;;
步骤六、对研究区三维应力结构扰动量的定量评价,将现今地应力结构扰动因子(μ)作为定量表征三维应力结构扰动量的参数,计算方式如下:
其中γ’表示研究区某处由于局部构造引起地应力扰动后的应力指数,γi代表平缓构造区现今区域应力指数,现今地应力结构扰动因子越大,表明局部构造引起的地应力扰动越强烈,并对复杂构造区中深层存在的七种应力状态和方位特性进行分级分区评价研究,将复杂构造区应力结构高效快速地成图显示。
进一步改进在于:所述步骤一种储层地质力学关键参数包括岩石力学性质、地应力大小及地应力方向。
进一步改进在于:所述步骤三中建立精细的地质模型时采用由区域到局部构造再到单井的思路进行建立。
进一步改进在于:所述步骤四中在针对断层类不连续体时,基于含裂缝岩石介质的等效弹性参数赋值法,完成断裂带内部三维岩石力学非均质赋值。
进一步改进在于:所述步骤五中将最终的数值模型体导入到Flac3D仿真计算软件后,设定加载边界、方式和初始大小,并以井点应力大小和方向为拟合点进行模拟,同时利用GPU云计算平台进行地应力状态的分布预测。
进一步改进在于:所述步骤五中的Flac3D仿真计算软件对应力场数值模拟的技术流程步骤为:
1)根据地质图形建立地质模型;
2)定义结构单元类型和材料属性参数;
3)生成网格数学模型并进行进度判断;
4)边界条件和外载荷的加载;
5)模型求解后处理,并显示结果和出图。
进一步改进在于:建立地质模型时利用与步骤二相同的petrel软件进行建立,再利用犀牛建模软件生成网格数学模型,最后利用应力数值模拟软件对模型进行求解后处理。
本发明的有益效果为:本发明基与精细的地质模型和研究区三维地震属性反演的弹性参数约束,更加精准地预测了深层钻井地应力的状态和受复杂构造扰动后的三维地应力场的分布特征,为复杂构造区深层页岩气水平井钻井方向、井筒轨迹设计、完井压裂层段的选取提供科学的建议,完善水平井钻井、完井及水力压裂改造的优化设计,避免了钻井施工过程井壁垮塌、井漏及套管变形等工程风险,提高井壁的稳定性和完井的质量。
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为本发明实例中的单井岩石力学参数连续剖面解释成果图;
图2为本发明实例中的单井地应力方向分析图;
图3为本发明实例中的单井地应力大小连续解释成果图;
图4为本发明实例中研究区精细的地质模型图;
图5为本发明实例中研究区三维非均质各向异性岩石力学属性图;
图6为本发明实例中研究区网格剖分后的三维数值模型图;
图7为本发明实例中研究区三维现今地应力三向应力分布图;
图8为本发明实例中研究区现今地应力结构扰动量分区评价图;
图9为本发明评价流程图。
图10为本发明Flac3D仿真计算软件对应力场数值模拟的流程图。
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。
实施例1
根据图1-4、6-10所示,本实施例提供了一种深层页岩储层现今地应力结构扰动量的评价方法,包括以下步骤:
步骤一、测试研究区不同构造带关键井的岩石力学性质、地应力大小及地应力方向的储层地质力学关键参数,如下表1,表2,表3所示;表1研究区龙马溪组页岩岩石力学实验结果
表2Y2井龙一段最大水平主应力方位的实验测试结果表
表3研究区龙一段现今地应力大小的实验测试结果表
步骤二、结合全波测井、多井径分析、成像测井、过井地震剖面波速各向异性提取、压裂施工曲线地应力大小的解释,完成单井剖面岩石力学、现今地应力大小、方向连续的解释,如说明书附图的图1、图2及图3所示;
步骤三、基于目的层段的地层、构造面和上伏地层等模型,采用由区域到局部构造再到单井的思路,利用petrel软件建立精细的地质模型,如图4所示;
步骤四、基于研究区三维地震属性反演的弹性参数约束,并结合不同构造区井点的岩石力学参数测试值进行各向异性序贯高斯随机模拟,获取三维非均质的岩石力学参数场分布,在针对断层类不连续体时,基于含裂缝岩石介质的等效弹性参数赋值法,完成断裂带内部三维岩石力学非均质赋值,如图5所示;
步骤五、利用网格自适应加密技术进行网格剖分,将最终的数值模型体导入到Flac3D仿真计算软件中,如图6所示,设定加载边界、方式和初始大小,并以井点应力大小和方向为拟合点进行模拟,利用GPU云计算平台进行研究区地应力状态的分布预测,如图7所示,并计算目的层应力性质指数,其中Flac3D仿真计算软件对应力场数值模拟的技术流程步骤为:
1)根据地质图形利用petrel软件建立地质模型;
2)定义结构单元类型和材料属性参数;
3)利用犀牛建模软件生成网格数学模型并进行进度判断;
4)边界条件和外载荷的加载;
5)利用应力数值模拟软件对模型求解后处理,并显示结果和出图;
其中地质图形包括构造埋深图、底层等厚图和地层岩相分布图。
步骤六、对研究区三维应力结构扰动量的定量评价,并对复杂构造区中深层存在的七种应力状态和方位特性进行分级分区评价研究,如图8所示,将复杂构造区应力结构高效快速地成图显示,为研究区中深层水平井钻井方向优化和水力压裂设计提供了可靠的科学依据。
实施例2
根据图5、9、10所示,本实施例提供了一种深层页岩储层现今地应力结构扰动量的评价方法,基于研究区三维地震属性反演的弹性参数约束,并结合不同构造区井点的岩石力学参数测试值进行各向异性序贯高斯随机模拟,获得复杂地区地层三维非均质的岩石力学参数场分。
依据应变能理论建立含裂缝岩石介质的等效弹性参数的赋值技术,完成断裂内部三维岩石力学非均质赋值,做到地质力学模型更加精细。
利用网格自适应加密技术,使得网格更加精细,数值模型更精细。
利用三维应力结构扰动指数,可以定量评价由于构造变形的影响,局部复杂构造带三维应力结构的扰动特征与状态,评价水力裂缝的优势扩展方向和特征,为水平井轨迹优化和水力压裂施工方案提供指导。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (7)
1.一种深层页岩储层现今地应力结构扰动量的评价方法,其特征在于包括以下步骤:
步骤一、测试研究区不同构造带关键井的储层地质力学关键参数;
步骤二、结合全波测井、多井径测井、成像测井资料分析、过井地震剖面波速各向异性提取、压裂施工曲线地应力大小的解释,完成单井剖面岩石力学、现今地应力大小、方向连续的解释;
步骤三、基于目的层段的地层、构造面和上伏地层等模型,利用petrel软件建立精细的地质模型;
步骤四、基于研究区三维地震属性反演的弹性参数约束,并结合不同构造区井点的岩石力学参数实验值和单井岩石力学剖面解释成果进行各向异性序贯高斯随机模拟,获取三维非均质的岩石力学参数场分布;
步骤五、利用网格自适应加密技术进行网格剖分,将最终的数值模型体导入到Flac3D仿真计算软件中进行模拟和研究区地应力状态的分布预测,并计算目的层应力性质指数;
步骤六、对研究区现今地应力场应力结构扰动量的定量评价,并对复杂构造区中深层可能存在的七种应力状态和方位特性进行分级分区评价研究,将复杂构造区三向应力结构高效快速地成图显示。
2.根据权利要求1所述的一种深层页岩储层现今地应力结构扰动量的评价方法,其特征在于:所述步骤一种储层地质力学关键参数包括岩石力学性质、地应力大小及地应力方向。
3.根据权利要求1所述的一种深层页岩储层现今地应力结构扰动量的评价方法,其特征在于:所述步骤三中建立精细的地质模型时采用由区域到局部构造再到单井的思路进行建立,建模过程中须遵循“先大后小,逐级约束,整体控制”的原则。
4.根据权利要求1所述的一种深层页岩储层现今地应力结构扰动量的评价方法,其特征在于:所述步骤四中在针对断层类不连续体时,基于含裂缝岩石介质的等效弹性参数赋值法,结合实际断裂的裂缝密度与裂隙率,完成断裂带内部三维岩石力学非均质赋值。
5.根据权利要求1所述的一种深层页岩储层现今地应力结构扰动量的评价方法,其特征在于:所述步骤五中将最终的数值模型体导入到Flac3D仿真计算软件后,设定加载边界、方式和初始大小,并以井点应力大小和方向为拟合点进行模拟,同时利用GPU云计算平台进行地应力状态的分布预测。
6.根据权利要求1所述的一种深层页岩储层现今地应力结构扰动量的评价方法,其特征在于:所述步骤五中的Flac3D仿真计算软件对应力场数值模拟的技术流程步骤为:
1)根据目的层地质要素分布图建立3D地质模型;
2)定义结构单元类型和材料属性参数;
3)生成网格数学模型并进行精度判断;
4)边界条件和外载荷的加载;
5)模型求解后处理,并显示结果和出图。
7.根据权利要求6所述的一种深层页岩储层现今地应力结构扰动量的评价方法,其特征在于:建立地质模型时利用与步骤二相同的petrel软件进行建立,再利用犀牛建模软件生成网格数学模型,最后利用应力数值模拟软件Flac3D对模型进行求解后处理。
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