CN114622902A - 全剖面水平主应力测量方法及装置 - Google Patents

全剖面水平主应力测量方法及装置 Download PDF

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CN114622902A
CN114622902A CN202011439233.3A CN202011439233A CN114622902A CN 114622902 A CN114622902 A CN 114622902A CN 202011439233 A CN202011439233 A CN 202011439233A CN 114622902 A CN114622902 A CN 114622902A
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China
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宋连腾
刘忠华
刘国强
李潮流
程相志
宁从前
张�浩
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Petrochina Co Ltd
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Petrochina Co Ltd
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    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B49/00—Testing the nature of borehole walls; Formation testing; Methods or apparatus for obtaining samples of soil or well fluids, specially adapted to earth drilling or wells

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Abstract

本申请实施例提供一种全剖面水平主应力测量方法及装置，方法包括：根据目标工区的测井资料确定对应的地层性质；若所述地层性质为各向同性地层，则根据上覆压力、孔隙压力和构造应力确定水平主应力；若所述地层性质为各向异性地层，则根据水平和垂直方向的杨氏模量、水平和垂直方向的泊松比、所述构造应力、所述孔隙压力以及所述上覆压力，确定所述水平主应力；本申请能够提高水平主应力计算的准确性。

Description

全剖面水平主应力测量方法及装置
技术领域
本申请涉及油气勘探领域，具体涉及一种全剖面水平主应力测量方法及装置。
背景技术
油气勘探开发过程中的油气运移和聚集、钻井过程中井壁的稳定、水平井设计、油层改造以及注水开发中井网的布置等工作都与水平主应力密切相关，如何有效且准确地预测储层的水平主应力对于油气勘探开发有着重要的意义。而伴随油气资源品质的劣质化，我国油气勘探快速由中浅层向深层、超深层推进。钻井经历由中浅层到深层的过程，其钻开地层的性质必然不同。在中浅层，地层比较疏松，从声学角度看，很可能是慢速地层，即地层的横波速度小于钻井泥浆速度；而在深层、超深层，储层更加致密，孔隙度和渗透率均非常低，从声学角度看，很可能是快速地层。即使同样在中浅层或深层、超深层，地层各向异性也不尽相同，不同的地层性质所采用的评价模型不同。
发明人发现，如果整个井段采用同一种模型评价，会造成较大的误差，进而影响到水力压裂裂缝扩展、地层破裂压力和坍塌压力等参数的评价，导致一定的井场事故和工业损失。因此，为了更准确地评价地层水平主应力，需要对地层的快慢性质和非均质性进行评价，再选取相对应的模型进行计算。
发明内容
针对现有技术中的问题，本申请提供一种全剖面水平主应力测量方法及装置，能够提高水平主应力计算的准确性。
为了解决上述问题中的至少一个，本申请提供以下技术方案：
第一方面，本申请提供一种全剖面水平主应力测量方法，包括：
根据目标工区的测井资料确定对应的地层性质；
若所述地层性质为各向同性地层，则根据上覆压力、孔隙压力和构造应力确定水平主应力；
若所述地层性质为各向异性地层，则根据水平和垂直方向的杨氏模量、水平和垂直方向的泊松比、所述构造应力、所述孔隙压力以及所述上覆压力，确定所述水平主应力。
进一步地，还包括：
根据地层横波速度与钻井液速度的数值比较关系，确定所述目标工区的地层类型；
根据所述目标工区的地层类型确定刚性系数和与所述刚性系数对应的水平和垂直方向的杨氏模量。
进一步地，所述根据所述目标工区的地层类型确定刚性系数和与所述刚性系数对应的水平和垂直方向的杨氏模量，包括：
若所述地层类型为慢地层，则根据斯通利波反演水平方向横波确定第一刚性系数，并根据所述第一刚性系数和预设第二刚性系数得到第三刚性系数；
根据所述第一刚性系数、第二刚性系数和第三刚性系数确定水平和垂直方向的杨氏模量。
进一步地，所述根据所述目标工区的地层类型确定刚性系数和与所述刚性系数对应的水平和垂直方向的杨氏模量，包括：
若所述地层类型为快地层，则根据黏土含量确定的纵波和横波各向异性系数，确定第四刚性系数，并根据所述第四刚性系数和预设第五刚性系数得到第六刚性系数；
根据所述第四刚性系数、第五刚性系数和第六刚性系数确定水平和垂直方向的杨氏模量。
第二方面，本申请提供一种全剖面水平主应力测量装置，包括：
地层性质确定模块，用于根据目标工区的测井资料确定对应的地层性质；
各向同性地层水平主应力确定模块，用于若所述地层性质为各向同性地层，则根据上覆压力、孔隙压力和构造应力确定水平主应力；
各向异性地层水平主应力确定模块，用于若所述地层性质为各向异性地层，则根据水平和垂直方向的杨氏模量、水平和垂直方向的泊松比、所述构造应力、所述孔隙压力以及所述上覆压力，确定所述水平主应力。
进一步地，还包括：
地层类型确定单元，用于根据地层横波速度与钻井液速度的数值比较关系，确定所述目标工区的地层类型；
杨氏模量确定单元，用于根据所述目标工区的地层类型确定刚性系数和与所述刚性系数对应的水平和垂直方向的杨氏模量。
进一步地，所述杨氏模量确定单元包括：
慢地层刚性系数确定子单元，用于若所述地层类型为慢地层，则根据斯通利波反演水平方向横波确定第一刚性系数，并根据所述第一刚性系数和预设第二刚性系数得到第三刚性系数；
慢地层杨氏模量确定子单元，用于根据所述第一刚性系数、第二刚性系数和第三刚性系数确定水平和垂直方向的杨氏模量。
进一步地，所述杨氏模量确定单元包括：
快地层刚性系数确定子单元，用于若所述地层类型为快地层，则根据黏土含量确定的纵波和横波各向异性系数，确定第四刚性系数，并根据所述第四刚性系数和预设第五刚性系数得到第六刚性系数；
快地层杨氏模量确定子单元，用于根据所述第四刚性系数、第五刚性系数和第六刚性系数确定水平和垂直方向的杨氏模量。
第三方面，本申请提供一种电子设备，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，所述处理器执行所述程序时实现所述的全剖面水平主应力测量方法的步骤。
第四方面，本申请提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现所述的全剖面水平主应力测量方法的步骤。
由上述技术方案可知，本申请提供一种全剖面水平主应力测量方法及装置，通过根据目标工区的测井资料确定对应的地层性质，针对地层性质不一致的现状，通过判别地层性质，选取相应的水平主应力测井评价模型，进行全剖面水平主应力测井连续评价，具体为，若所述地层性质为各向同性地层，则根据上覆压力、孔隙压力和构造应力确定水平主应力；若所述地层性质为各向异性地层，则根据水平和垂直方向的杨氏模量、水平和垂直方向的泊松比、所述构造应力、所述孔隙压力以及所述上覆压力，确定所述水平主应力，由此既能实现连续深度计算，弥补实验室单点评价的不足，节约时间、财力等成本，又能保证不同地层性质的水平主应力计算精度，为控制压裂效果、提高储层产能奠定重要的基础。
附图说明
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，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，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为本申请实施例中的全剖面水平主应力测量方法的流程示意图之一；
图2为本申请实施例中的全剖面水平主应力测量方法的流程示意图之二；
图3为本申请实施例中的全剖面水平主应力测量方法的流程示意图之三；
图4为本申请实施例中的全剖面水平主应力测量方法的流程示意图之四；
图5为本申请实施例中的全剖面水平主应力测量装置的结构图之一；
图6为本申请实施例中的全剖面水平主应力测量装置的结构图之二；
图7为本申请实施例中的全剖面水平主应力测量装置的结构图之三；
图8为本申请实施例中的全剖面水平主应力测量装置的结构图之四；
图9为本申请一具体实施例中的各向同性地层示意图；
图10为本申请一具体实施例中的各向异性地层示意图；
图11为本申请一具体实施例中的地层性质连续处理成果图；
图12为本申请一具体实施例中的慢地层中刚性系数处理成果图；
图13为本申请一具体实施例中的快地层中刚性系数处理成果图；
图14为本申请一具体实施例中的各向同性与各向异性慢地层水平主应力测井处理成果图；
图15为本申请一具体实施例中的各向异性快慢地层水平主应力测井处理成果图；
图16为本申请实施例中的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
考虑到整个井段采用同一种模型评价，会造成较大的误差，进而影响到水力压裂裂缝扩展、地层破裂压力和坍塌压力等参数的评价，导致一定的井场事故和工业损失的问题，本申请提供一种全剖面水平主应力测量方法及装置，通过根据目标工区的测井资料确定对应的地层性质，针对地层性质不一致的现状，通过判别地层性质，选取相应的水平主应力测井评价模型，进行全剖面水平主应力测井连续评价，具体为，若所述地层性质为各向同性地层，则根据上覆压力、孔隙压力和构造应力确定水平主应力；若所述地层性质为各向异性地层，则根据水平和垂直方向的杨氏模量、水平和垂直方向的泊松比、所述构造应力、所述孔隙压力以及所述上覆压力，确定所述水平主应力，由此既能实现连续深度计算，弥补实验室单点评价的不足，节约时间、财力等成本，又能保证不同地层性质的水平主应力计算精度。
为了能够提高水平主应力计算的准确性，本申请提供一种全剖面水平主应力测量方法的实施例，参见图1，所述全剖面水平主应力测量方法具体包含有如下内容：
步骤S101：根据目标工区的测井资料确定对应的地层性质。
可选的，所述测井资料是指三分量感应测井或声波扫描测井资料等能判断地层性质的资料。
可选的，所述三分量感应测井是通过对接收线圈测得的三个互相垂直的磁场分量信息进行处理，可获得地层水平电阻率和垂直电阻率，以评价地层是否具有各向异性。
可选的，所述声波扫描测井是利用声波技术进行多种频率扫描信号的采集，包括交叉偶极子和多种距离单极子的测量数据，通过处理可获得地层性质的信息。
可选的，所述地层性质是指各向同性或各向异性。
可选的，所述各向同性地层是指地层在不同方向的弹性性质完全相同。
可选的，所述各向异性地层是指地层在不同方向的弹性性质不同。各向异性可分为横观各向同性、正交各向异性和完全各向异性等。
可选的，所述横观各向同性即具有一个对称轴，垂直于对称轴方向上的平面内性质一致，而平行于对称轴方向的平面内性质不同。这与地层通常呈层状沉积的特点相似，因此各向异性地层通常指的是横观各向同性地层。
步骤S102：若所述地层性质为各向同性地层，则根据上覆压力、孔隙压力和构造应力确定水平主应力。
可选的，所述各向同性地层选择相应水平主应力评价方法是各向同性地层选择各向同性模型计算水平主应力。
可选的，所述水平主应力是指由上覆压力、孔隙压力和构造应力共同产生的水平向水平主应力。
可选的，所述上覆压力是指覆盖在地层以上的地层基质和孔隙中流体的总重量造成的压力，具体计算公式为：
Figure BDA0002829929240000061
式中σv为上覆压力，MPa；z为目的层深度，m；ρ(z)是密度关于深度的函数，g/cm3；g是重力加速度,m/s2。
所述孔隙压力地层孔隙中流体的压力，预测方法有很多种，不同的成因对应不同的预测方法，最常用的是基于欠压实作用造成的异常压力的预测方法-Eaton法，具体计算公式为：
Figure BDA0002829929240000062
式中：Pp为孔隙压力，MPa；n代表正常压实，无量纲；b为参数，无量纲；Δto,Δtn分别为实测和正常压实下的声波时差，u/m；
所述构造应力是由于地质构造作用引起的应力，在水平主应力求取过程中通常利用最大和最小构造应力系数与有效上覆压力以及弹性模量组合来近似评价构造应力。
所述各向同性模型，主要是前人假设地层是均匀、各向同性的，基于多孔介质弹性变形理论推导出的计算公式，以黄氏模型为例，公式为：
Figure BDA0002829929240000063
Figure BDA0002829929240000064
式中：σh,σH分别为最小和最大水平主应力，MPa；μ为地层泊松比，无量纲；εh、εH分别为最小和最大构造应力系数，无量纲，地区经验参数；a为Biot系数，无量纲。
步骤S103：若所述地层性质为各向异性地层，则根据水平和垂直方向的杨氏模量、水平和垂直方向的泊松比、所述构造应力、所述孔隙压力以及所述上覆压力，确定所述水平主应力。
可选的，所述各向异性模型，主要是前人假设地层是横观各向同性的，这与地层的沉积特点基本是一致的，基于多孔介质弹性变形理论推导出的计算公式，公式为：
Figure BDA0002829929240000071
Figure BDA0002829929240000072
式中，Eh,Ev分别为水平和垂直方向的杨氏模量，GPa；μh,μv分别为水平和垂直方向的泊松比，无量纲。
从上述描述可知，本申请实施例提供的全剖面水平主应力测量方法，能够通过根据目标工区的测井资料确定对应的地层性质，针对地层性质不一致的现状，通过判别地层性质，选取相应的水平主应力测井评价模型，进行全剖面水平主应力测井连续评价，具体为，若所述地层性质为各向同性地层，则根据上覆压力、孔隙压力和构造应力确定水平主应力；若所述地层性质为各向异性地层，则根据水平和垂直方向的杨氏模量、水平和垂直方向的泊松比、所述构造应力、所述孔隙压力以及所述上覆压力，确定所述水平主应力，由此既能实现连续深度计算，弥补实验室单点评价的不足，节约时间、财力等成本，又能保证不同地层性质的水平主应力计算精度。
为了能够提高各向异性地层的主应力计算时的准确性，在本申请的全剖面水平主应力测量方法的一实施例中，参见图2，还可以具体包含如下内容：
步骤S201：根据地层横波速度与钻井液速度的数值比较关系，确定所述目标工区的地层类型。
步骤S202：根据所述目标工区的地层类型确定刚性系数和与所述刚性系数对应的水平和垂直方向的杨氏模量。
可选的，所述地层类型包括快地层和慢地层，所述快慢地层是以地层横波速度与钻井液速度的大小关系区分的，地层横波速度大于钻井液速度为快地层，反之则为慢地层。
可以理解的是，所述评价快慢地层水平主应力是根据上一步骤区分出快地层与慢地层，在快地层中采用适用于快地层的方法评价水平主应力，而在慢地层中采用适用于慢地层的方法评价水平主应力，二者采用的各向异性模型一致，只是在计算模型参数时方法不一样。
为了能够针对不同地层类型确定准确的刚性系数，在本申请的全剖面水平主应力测量方法的一实施例中，参见图3，上述步骤S202还可以具体包含如下内容：
步骤S301：若所述地层类型为慢地层，则根据斯通利波反演水平方向横波确定第一刚性系数，并根据所述第一刚性系数和预设第二刚性系数得到第三刚性系数。
步骤S302：根据所述第一刚性系数、第二刚性系数和第三刚性系数确定水平和垂直方向的杨氏模量。
可选的，所述水平和垂直方向的杨氏模量与泊松比计算公式为：
Figure BDA0002829929240000081
Figure BDA0002829929240000082
Figure BDA0002829929240000083
Figure BDA0002829929240000084
式中：C11、C12、C13、C33、C66均是刚性系数，GPa；即评价各向异性地层水平主应力，需要5个刚性系数。
所述刚性系数是用来定量描述岩石所受应力与所产生应变的函数关系的参数。对于横观各向同性介质，应力和应变之间的关系满足广义虎克定律：
τ＝C·ε (9)
Figure BDA0002829929240000091
式中：τ为应力，MPa；ε为应变，无量纲；C为刚性系数，GPa。
其中，C12＝C11-2C66。
所述模型参数计算方法不同只是针对不同方向的杨氏模量和泊松比，即针对刚性系数。
在直井条件下，慢地层中计算刚性系数的常规步骤是：假设已有纵横波测量资料，即已知刚性系数C33和C44，用斯通利波反演水平方向横波计算刚性系数C66，再用刚性系数C13、C11与C33、C44、C66之间的实验关系计算C13和C11，这种方法的关键之一是用斯通利波反演水平方向横波，该方法只适用于慢地层，在快地层中会有较大的误差。
为了能够针对不同地层类型确定准确的刚性系数，在本申请的全剖面水平主应力测量方法的一实施例中，参见图4，上述步骤S202还可以具体包含如下内容：
步骤S401：若所述地层类型为快地层，则根据黏土含量确定的纵波和横波各向异性系数，确定第四刚性系数，并根据所述第四刚性系数和预设第五刚性系数得到第六刚性系数。
步骤S402：根据所述第四刚性系数、第五刚性系数和第六刚性系数确定水平和垂直方向的杨氏模量。
在直井条件下，快地层中计算刚性系数的步骤是：假设已有纵横波测量资料，即已知刚性系数C33和C44，用黏土含量计算纵波和横波各向异性系数，进而获得刚性系数C33和C44，最后再用刚性系数C13与C11、C33和C66之间的实验关系计算C13。这种方法在快地层的刚性系数计算中更准确。
所述黏土含量是岩石中颗粒很细的粘土及其所含水的体积占岩石体积的百分数。可以利用测井资料连续深度处理获取粘土含量是利用自然伽马测井曲线或其它测井曲线计算粘土含量，以自然伽马曲线计算粘土含量为例，其公式为：
Figure BDA0002829929240000101
式中，Vcl测井为当前深度点的地层的粘土含量，％；GR为当前深度点的自然伽马测井曲线值，API；GRmin为目标层位纯砂岩段的自然伽马特征值，API；GRmax为目标层位纯泥岩段的自然伽马特征值，API。
所述纵波各向异性系数为描述水平和垂直方向纵波速度差异的参数，具体公式为：
Figure BDA0002829929240000102
式中：ε为纵波各向异性系数，无量纲。
所述横波各向异性系数为描述水平和垂直方向横波速度差异的参数，具体公式为：
Figure BDA0002829929240000103
式中：γ为横波各向异性系数，无量纲。
为了能够提高水平主应力计算的准确性，本申请提供一种用于实现所述全剖面水平主应力测量方法的全部或部分内容的全剖面水平主应力测量装置的实施例，参见图5，所述全剖面水平主应力测量装置具体包含有如下内容：
地层性质确定模块10，用于根据目标工区的测井资料确定对应的地层性质。
各向同性地层水平主应力确定模块20，用于若所述地层性质为各向同性地层，则根据上覆压力、孔隙压力和构造应力确定水平主应力。
各向异性地层水平主应力确定模块30，用于若所述地层性质为各向异性地层，则根据水平和垂直方向的杨氏模量、水平和垂直方向的泊松比、所述构造应力、所述孔隙压力以及所述上覆压力，确定所述水平主应力。
从上述描述可知，本申请实施例提供的全剖面水平主应力测量装置，能够通过根据目标工区的测井资料确定对应的地层性质，针对地层性质不一致的现状，通过判别地层性质，选取相应的水平主应力测井评价模型，进行全剖面水平主应力测井连续评价，具体为，若所述地层性质为各向同性地层，则根据上覆压力、孔隙压力和构造应力确定水平主应力；若所述地层性质为各向异性地层，则根据水平和垂直方向的杨氏模量、水平和垂直方向的泊松比、所述构造应力、所述孔隙压力以及所述上覆压力，确定所述水平主应力，由此既能实现连续深度计算，弥补实验室单点评价的不足，节约时间、财力等成本，又能保证不同地层性质的水平主应力计算精度。
为了能够提高各向异性地层的主应力计算时的准确性，在本申请的全剖面水平主应力测量装置的一实施例中，参见图6，还具体包含有如下内容：
地层类型确定单元41，用于根据地层横波速度与钻井液速度的数值比较关系，确定所述目标工区的地层类型。
杨氏模量确定单元42，用于根据所述目标工区的地层类型确定刚性系数和与所述刚性系数对应的水平和垂直方向的杨氏模量。
为了能够针对不同地层类型确定准确的刚性系数，在本申请的全剖面水平主应力测量装置的一实施例中，参见图7，所述杨氏模量确定单元42包括：
慢地层刚性系数确定子单元421，用于若所述地层类型为慢地层，则根据斯通利波反演水平方向横波确定第一刚性系数，并根据所述第一刚性系数和预设第二刚性系数得到第三刚性系数。
慢地层杨氏模量确定子单元422，用于根据所述第一刚性系数、第二刚性系数和第三刚性系数确定水平和垂直方向的杨氏模量。
为了能够针对不同地层类型确定准确的刚性系数，在本申请的全剖面水平主应力测量装置的一实施例中，参见图8，所述杨氏模量确定单元42包括：
快地层刚性系数确定子单元423，用于若所述地层类型为快地层，则根据黏土含量确定的纵波和横波各向异性系数，确定第四刚性系数，并根据所述第四刚性系数和预设第五刚性系数得到第六刚性系数。
快地层杨氏模量确定子单元424，用于根据所述第四刚性系数、第五刚性系数和第六刚性系数确定水平和垂直方向的杨氏模量。
为了更进一步说明本方案，本申请还提供一种应用上述全剖面水平主应力测量装置实现全剖面水平主应力测量方法的具体应用实例，具体包含有如下内容：
步骤S1：根据测井资料判断地层性质。
所述测井资料是指三分量感应测井或声波扫描测井资料等能判断地层性质的资料。
所述三分量感应测井是通过对接收线圈测得的三个互相垂直的磁场分量信息进行处理，可获得地层水平电阻率和垂直电阻率，以评价地层是否具有各向异性。
所述声波扫描测井是利用声波技术进行多种频率扫描信号的采集，包括交叉偶极子和多种距离单极子的测量数据，通过处理可获得地层性质的信息。
所述地层性质是指各向同性或各向异性。
所述各向同性地层是指地层在不同方向的弹性性质完全相同。
所述各向异性地层是指地层在不同方向的弹性性质不同。各向异性可分为横观各向同性、正交各向异性和完全各向异性等。
所述横观各向同性即具有一个对称轴，垂直于对称轴方向上的平面内性质一致，而平行于对称轴方向的平面内性质不同。这与地层通常呈层状沉积的特点相似，因此各向异性地层通常指的是横观各向同性地层。
步骤S2：各向同性地层选择相应水平主应力评价方法。
所述各向同性地层选择相应水平主应力评价方法是各向同性地层选择各向同性模型计算水平主应力。
所述水平主应力是指由上覆压力、孔隙压力和构造应力共同产生的水平向水平主应力。
所述上覆压力是指覆盖在地层以上的地层基质和孔隙中流体的总重量造成的压力，具体计算公式为：
Figure BDA0002829929240000121
式中σv为上覆压力，MPa；z为目的层深度，m；ρ(z)是密度关于深度的函数，g/cm3；g是重力加速度,m/s2。
所述孔隙压力地层孔隙中流体的压力，预测方法有很多种，不同的成因对应不同的预测方法，最常用的是基于欠压实作用造成的异常压力的预测方法-Eaton法，具体计算公式为：
Figure BDA0002829929240000122
式中：Pp为孔隙压力，MPa；n代表正常压实，无量纲；b为参数，无量纲；Δto,Δtn分别为实测和正常压实下的声波时差，u/m。
所述构造应力是由于地质构造作用引起的应力，在水平主应力求取过程中通常利用最大和最小构造应力系数与有效上覆压力以及弹性模量组合来近似评价构造应力。
所述各向同性模型，主要是前人假设地层是均匀、各向同性的，基于多孔介质弹性变形理论推导出的计算公式，以黄氏模型为例，公式为：
Figure BDA0002829929240000131
Figure BDA0002829929240000132
式中：σh,σH分别为最小和最大水平主应力，MPa；μ为地层泊松比，无量纲；εh、εH分别为最小和最大构造应力系数，无量纲，地区经验参数；a为Biot系数，无量纲。
步骤S3：各向异性地层中识别快慢地层。
所述快慢地层是以地层横波速度与钻井液速度的大小关系区分的，地层横波速度大于钻井液速度为快地层，反之则为慢地层。
步骤S4，评价快慢地层水平主应力。
所述评价快慢地层水平主应力是根据上一步骤区分出快地层与慢地层，在快地层中采用适用于快地层的方法评价水平主应力，而在慢地层中采用适用于慢地层的方法评价水平主应力，二者采用的各向异性模型一致，只是在计算模型参数时方法不一样。
所述各向异性模型，主要是前人假设地层是横观各向同性的，这与地层的沉积特点基本是一致的，基于多孔介质弹性变形理论推导出的计算公式，公式为：
Figure BDA0002829929240000133
Figure BDA0002829929240000134
式中，Eh,Ev分别为水平和垂直方向的杨氏模量，GPa；μh,μv分别为水平和垂直方向的泊松比，无量纲。
所述水平和垂直方向的杨氏模量与泊松比计算公式为：
Figure BDA0002829929240000135
Figure BDA0002829929240000141
Figure BDA0002829929240000142
Figure BDA0002829929240000143
式中：C11、C12、C13、C33、C66均是刚性系数，GPa；即评价各向异性地层水平主应力，需要5个刚性系数。
所述刚性系数是用来定量描述岩石所受应力与所产生应变的函数关系的参数。对于横观各向同性介质，应力和应变之间的关系满足广义虎克定律：
τ＝C·ε (9)
Figure BDA0002829929240000144
式中：τ为应力，MPa；ε为应变，无量纲；C为刚性系数，GPa。
其中，C12＝C11-2C66。
所述模型参数计算方法不同只是针对不同方向的杨氏模量和泊松比，即针对刚性系数。
在直井条件下，慢地层中计算刚性系数的常规步骤是：假设已有纵横波测量资料，即已知刚性系数C33和C44，用斯通利波反演水平方向横波计算刚性系数C66，再用刚性系数C13、C11与C33、C44、C66之间的实验关系计算C13和C11，这种方法的关键之一是用斯通利波反演水平方向横波，该方法只适用于慢地层，在快地层中会有较大的误差。
在直井条件下，快地层中计算刚性系数的步骤是：假设已有纵横波测量资料，即已知刚性系数C33和C44，用黏土含量计算纵波和横波各向异性系数，进而获得刚性系数C33和C44，最后再用刚性系数C13与C11、C33和C66之间的实验关系计算C13。这种方法在快地层的刚性系数计算中更准确。
所述黏土含量是岩石中颗粒很细的粘土及其所含水的体积占岩石体积的百分数。可以利用测井资料连续深度处理获取粘土含量是利用自然伽马测井曲线或其它测井曲线计算粘土含量，以自然伽马曲线计算粘土含量为例，其公式为：
Figure BDA0002829929240000151
式中，Vcl测井为当前深度点的地层的粘土含量，％；GR为当前深度点的自然伽马测井曲线值，API；GRmin为目标层位纯砂岩段的自然伽马特征值，API；GRmax为目标层位纯泥岩段的自然伽马特征值，API。
所述纵波各向异性系数为描述水平和垂直方向纵波速度差异的参数，具体公式为：
Figure BDA0002829929240000152
式中：ε为纵波各向异性系数，无量纲。
所述横波各向异性系数为描述水平和垂直方向横波速度差异的参数，具体公式为：
Figure BDA0002829929240000153
式中：γ为横波各向异性系数，无量纲。
步骤S5，全剖面水平主应力测井评价方法。
所述全剖面水平主应力测井评价方法是根据前面步骤的判别结果分别采用相应的模型进行全井段的处理水平主应力。
如图9所示，为本发明实施例中各向同性地层示意图。包括：
M代表地层的弹性性质，比如杨氏模量、泊松比等，下标代表方向，v代表垂直方向，h代表水平方向，在二维笛卡尔坐标系中分别为Y轴和X轴。各向同性地层中Mv＝Mh。
如图10所示，为本发明实施例中各向异性地层示意图。包括：
M代表地层的弹性性质，比如杨氏模量、泊松比等，下标代表方向，v代表垂直方向，h代表水平方向，在二维笛卡尔坐标系中分别为Y轴和X轴。各向异性地层中Mv≠Mh。
如图11所示，为本发明实施例中地层性质连续处理成果图。包括：
第一道为自然伽马曲线(GR)和井径曲线(CAL)，自然伽马曲线表征岩性的变化，井径曲线表征井眼的好坏。
第二道为深度道，表示测量井段(即目的层)距离井口的距离。
第三道为孔隙度曲线，包括密度(DEN)、纵波(DTCO)和横波(DTSM)曲线，通常用于计算孔隙度，此处用于计算C33和C44。
第四道为各向异性曲线，包括标准线(GL)和慢度各向异性(Ani_slowness)曲线，表征各向异性大小。
同时，本实施例还提供一种慢地层中刚性系数计算流程。包括：
测井资料提取纵波、横波和斯通利波；
斯通利波反演水平横波；
计算C33、C44和C66；
计算C13和C11；
慢地层刚性系数连续计算。
同时，本实施例还提供一种快地层中刚性系数计算流程。包括：
测井资料提取纵波、横波和黏土含量；
计算C33、C44和纵、横向各向异性系数；
计算C11和C66；
计算C13；
快地层刚性系数连续计算。
如图12所示，为本发明实施例中慢地层中刚性系数处理成果图。包括：
第一道为自然伽马曲线(GR)和井径曲线(CAL)，自然伽马曲线表征岩性的变化，井径曲线表征井眼的好坏。
第二道为深度道，表示测量井段(即目的层)距离井口的距离。
第三道为孔隙度曲线，包括密度(DEN)、纵波(DTCO)和横波(DTSM)曲线，通常用于计算孔隙度，此处用于计算C33和C44。
第四道为声波时差曲线，包括斯通利波(DTST)和利用斯通利波反演得到的水平横波(DTSH_Inv)。
第五道至第七道为刚性系数曲线，包括C33、C44和C66，分别通过纵波(DTCO)、横波(DTSM)和水平横波(DTSH_Inv)计算得到。
第八道和第九道为刚性系数曲线，计算C13和C11，由C33、C44和C66组合计算得到。
如图13所示，为本发明实施例中快地层中刚性系数处理成果图。包括：
第一道为自然伽马曲线(GR)和井径曲线(CAL)，自然伽马曲线表征岩性的变化，井径曲线表征井眼的好坏。
第二道为深度道，表示测量井段(即目的层)距离井口的距离。
第三道为孔隙度曲线，包括密度(DEN)、纵波(DTCO)和横波(DTSM)曲线，通常用于计算孔隙度，此处用于计算C33和C44。
第四道为黏土含量曲线(Vclay)，由自然伽马曲线(GR)计算得到。
第五道和第六道为刚性系数曲线，包括C33和C44，分别通过纵波(DTCO)和横波(DTSM)计算得到。
第七道和第八道为刚性系数曲线，包括C11和C66，由C33、C44和Vclay组合计算得到。
第九道为刚性系数曲线(C13)，由C11、C66、C33和C44组合计算得到。
如图14所示，为本发明实施例中各向同性与各向异性慢地层水平主应力测井处理成果图。包括：
第一道为自然伽马曲线(GR)和井径曲线(CAL)，自然伽马曲线表征岩性的变化，井径曲线表征井眼的好坏。
第二道为深度道，表示测量井段(即目的层)距离井口的距离。
第三道为孔隙度曲线，包括密度(DEN)、纵波(DTCO)和横波(DTSM)曲线，通常用于计算孔隙度，此处用于计算刚性系数。
第四道为各向异性曲线，包括各向异性标准线(GL)和声波时差各向异性曲线(Ani_slowness)，用于判断地层性质。
第五道为最小水平主应力曲线，包括各向同性模型计算的最小水平主应力(shmin_iso)和各向异性慢地层计算的最小水平主应力(shmin_ani_s)。
第六道为最大水平主应力曲线，包括各向同性模型计算的最大水平主应力(shmax_iso)和各向异性慢地层计算的最大水平主应力(shmax_ani_s)。
如图15所示，为本发明实施例中各向异性快慢地层水平主应力测井处理成果图。包括：
第一道为自然伽马曲线(GR)和井径曲线(CAL)，自然伽马曲线表征岩性的变化，井径曲线表征井眼的好坏。
第二道为深度道，表示测量井段(即目的层)距离井口的距离。
第三道为孔隙度曲线，包括密度(DEN)、纵波(DTCO)和横波(DTSM)曲线，通常用于计算孔隙度，此处用于计算刚性系数。
第四道为各向异性曲线，包括各向异性标准线(GL)和声波时差各向异性曲线(Ani_slowness)，用于判断地层性质。
第五道为最小水平主应力曲线，包括各向异性慢地层计算的最小水平主应力(shmin_ani_s)和各向异性快地层计算的最小水平主应力(shmin_ani_f)。
第六道为最大水平主应力曲线，包括各向异性慢地层计算的最大水平主应力(shmax_ani_s)和各向异性快地层计算的最大水平主应力(shmax_ani_f)。
有上述内容可知，本申请提供的是一种全剖面水平主应力测井连续评价方法，针对地层性质不一致的现状，通过判别地层性质，选取相应的水平主应力测井评价模型，进行全剖面水平主应力测井连续评价，该发明既能实现连续深度计算，弥补实验室单点评价的不足，节约时间、财力等成本，又能保证不同地层性质的水平主应力计算精度，为控制压裂效果、提高储层产能奠定重要的基础。
从硬件层面来说，为了能够提高水平主应力计算的准确性，本申请提供一种用于实现所述全剖面水平主应力测量方法中的全部或部分内容的电子设备的实施例，所述电子设备具体包含有如下内容：
处理器(processor)、存储器(memory)、通信接口(Communications Interface)和总线；其中，所述处理器、存储器、通信接口通过所述总线完成相互间的通信；所述通信接口用于实现全剖面水平主应力测量装置与核心业务系统、用户终端以及相关数据库等相关设备之间的信息传输；该逻辑控制器可以是台式计算机、平板电脑及移动终端等，本实施例不限于此。在本实施例中，该逻辑控制器可以参照实施例中的全剖面水平主应力测量方法的实施例，以及全剖面水平主应力测量装置的实施例进行实施，其内容被合并于此，重复之处不再赘述。
可以理解的是，所述用户终端可以包括智能手机、平板电子设备、网络机顶盒、便携式计算机、台式电脑、个人数字助理(PDA)、车载设备、智能穿戴设备等。其中，所述智能穿戴设备可以包括智能眼镜、智能手表、智能手环等。
在实际应用中，全剖面水平主应力测量方法的部分可以在如上述内容所述的电子设备侧执行，也可以所有的操作都在所述客户端设备中完成。具体可以根据所述客户端设备的处理能力，以及用户使用场景的限制等进行选择。本申请对此不作限定。若所有的操作都在所述客户端设备中完成，所述客户端设备还可以包括处理器。
上述的客户端设备可以具有通信模块(即通信单元)，可以与远程的服务器进行通信连接，实现与所述服务器的数据传输。所述服务器可以包括任务调度中心一侧的服务器，其他的实施场景中也可以包括中间平台的服务器，例如与任务调度中心服务器有通信链接的第三方服务器平台的服务器。所述的服务器可以包括单台计算机设备，也可以包括多个服务器组成的服务器集群，或者分布式装置的服务器结构。
图16为本申请实施例的电子设备9600的系统构成的示意框图。如图16所示，该电子设备9600可以包括中央处理器9100和存储器9140；存储器9140耦合到中央处理器9100。值得注意的是，该图16是示例性的；还可以使用其他类型的结构，来补充或代替该结构，以实现电信功能或其他功能。
一实施例中，全剖面水平主应力测量方法功能可以被集成到中央处理器9100中。其中，中央处理器9100可以被配置为进行如下控制：
步骤S101：根据目标工区的测井资料确定对应的地层性质。
步骤S102：若所述地层性质为各向同性地层，则根据上覆压力、孔隙压力和构造应力确定水平主应力。
步骤S103：若所述地层性质为各向异性地层，则根据水平和垂直方向的杨氏模量、水平和垂直方向的泊松比、所述构造应力、所述孔隙压力以及所述上覆压力，确定所述水平主应力。
从上述描述可知，本申请实施例提供的电子设备，通过根据目标工区的测井资料确定对应的地层性质，针对地层性质不一致的现状，通过判别地层性质，选取相应的水平主应力测井评价模型，进行全剖面水平主应力测井连续评价，具体为，若所述地层性质为各向同性地层，则根据上覆压力、孔隙压力和构造应力确定水平主应力；若所述地层性质为各向异性地层，则根据水平和垂直方向的杨氏模量、水平和垂直方向的泊松比、所述构造应力、所述孔隙压力以及所述上覆压力，确定所述水平主应力，由此既能实现连续深度计算，弥补实验室单点评价的不足，节约时间、财力等成本，又能保证不同地层性质的水平主应力计算精度。
在另一个实施方式中，全剖面水平主应力测量装置可以与中央处理器9100分开配置，例如可以将全剖面水平主应力测量装置配置为与中央处理器9100连接的芯片，通过中央处理器的控制来实现全剖面水平主应力测量方法功能。
如图16所示，该电子设备9600还可以包括：通信模块9110、输入单元9120、音频处理器9130、显示器9160、电源9170。值得注意的是，电子设备9600也并不是必须要包括图16中所示的所有部件；此外，电子设备9600还可以包括图16中没有示出的部件，可以参考现有技术。
如图16所示，中央处理器9100有时也称为控制器或操作控件，可以包括微处理器或其他处理器装置和/或逻辑装置，该中央处理器9100接收输入并控制电子设备9600的各个部件的操作。
其中，存储器9140，例如可以是缓存器、闪存、硬驱、可移动介质、易失性存储器、非易失性存储器或其它合适装置中的一种或更多种。可储存上述与失败有关的信息，此外还可存储执行有关信息的程序。并且中央处理器9100可执行该存储器9140存储的该程序，以实现信息存储或处理等。
输入单元9120向中央处理器9100提供输入。该输入单元9120例如为按键或触摸输入装置。电源9170用于向电子设备9600提供电力。显示器9160用于进行图像和文字等显示对象的显示。该显示器例如可为LCD显示器，但并不限于此。
该存储器9140可以是固态存储器，例如，只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、SIM卡等。还可以是这样的存储器，其即使在断电时也保存信息，可被选择性地擦除且设有更多数据，该存储器的示例有时被称为EPROM等。存储器9140还可以是某种其它类型的装置。存储器9140包括缓冲存储器9141(有时被称为缓冲器)。存储器9140可以包括应用/功能存储部9142，该应用/功能存储部9142用于存储应用程序和功能程序或用于通过中央处理器9100执行电子设备9600的操作的流程。
存储器9140还可以包括数据存储部9143，该数据存储部9143用于存储数据，例如联系人、数字数据、图片、声音和/或任何其他由电子设备使用的数据。存储器9140的驱动程序存储部9144可以包括电子设备的用于通信功能和/或用于执行电子设备的其他功能(如消息传送应用、通讯录应用等)的各种驱动程序。
通信模块9110即为经由天线9111发送和接收信号的发送机/接收机9110。通信模块(发送机/接收机)9110耦合到中央处理器9100，以提供输入信号和接收输出信号，这可以和常规移动通信终端的情况相同。
基于不同的通信技术，在同一电子设备中，可以设置有多个通信模块9110，如蜂窝网络模块、蓝牙模块和/或无线局域网模块等。通信模块(发送机/接收机)9110还经由音频处理器9130耦合到扬声器9131和麦克风9132，以经由扬声器9131提供音频输出，并接收来自麦克风9132的音频输入，从而实现通常的电信功能。音频处理器9130可以包括任何合适的缓冲器、解码器、放大器等。另外，音频处理器9130还耦合到中央处理器9100，从而使得可以通过麦克风9132能够在本机上录音，且使得可以通过扬声器9131来播放本机上存储的声音。
本申请的实施例还提供能够实现上述实施例中的执行主体为服务器或客户端的全剖面水平主应力测量方法中全部步骤的一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述实施例中的执行主体为服务器或客户端的全剖面水平主应力测量方法的全部步骤，例如，所述处理器执行所述计算机程序时实现下述步骤：
步骤S101：根据目标工区的测井资料确定对应的地层性质。
步骤S102：若所述地层性质为各向同性地层，则根据上覆压力、孔隙压力和构造应力确定水平主应力。
步骤S103：若所述地层性质为各向异性地层，则根据水平和垂直方向的杨氏模量、水平和垂直方向的泊松比、所述构造应力、所述孔隙压力以及所述上覆压力，确定所述水平主应力。
从上述描述可知，本申请实施例提供的计算机可读存储介质，通过根据目标工区的测井资料确定对应的地层性质，针对地层性质不一致的现状，通过判别地层性质，选取相应的水平主应力测井评价模型，进行全剖面水平主应力测井连续评价，具体为，若所述地层性质为各向同性地层，则根据上覆压力、孔隙压力和构造应力确定水平主应力；若所述地层性质为各向异性地层，则根据水平和垂直方向的杨氏模量、水平和垂直方向的泊松比、所述构造应力、所述孔隙压力以及所述上覆压力，确定所述水平主应力，由此既能实现连续深度计算，弥补实验室单点评价的不足，节约时间、财力等成本，又能保证不同地层性质的水平主应力计算精度。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(装置)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种全剖面水平主应力测量方法，其特征在于，所述方法包括：
根据目标工区的测井资料确定对应的地层性质；
若所述地层性质为各向同性地层，则根据上覆压力、孔隙压力和构造应力确定水平主应力；
若所述地层性质为各向异性地层，则根据水平和垂直方向的杨氏模量、水平和垂直方向的泊松比、所述构造应力、所述孔隙压力以及所述上覆压力，确定所述水平主应力。
2.根据权利要求1所述的全剖面水平主应力测量方法，其特征在于，还包括：
根据地层横波速度与钻井液速度的数值比较关系，确定所述目标工区的地层类型；
根据所述目标工区的地层类型确定刚性系数和与所述刚性系数对应的水平和垂直方向的杨氏模量。
3.根据权利要求2所述的全剖面水平主应力测量方法，其特征在于，所述根据所述目标工区的地层类型确定刚性系数和与所述刚性系数对应的水平和垂直方向的杨氏模量，包括：
若所述地层类型为慢地层，则根据斯通利波反演水平方向横波确定第一刚性系数，并根据所述第一刚性系数和预设第二刚性系数得到第三刚性系数；
根据所述第一刚性系数、第二刚性系数和第三刚性系数确定水平和垂直方向的杨氏模量。
4.根据权利要求2所述的全剖面水平主应力测量方法，其特征在于，所述根据所述目标工区的地层类型确定刚性系数和与所述刚性系数对应的水平和垂直方向的杨氏模量，包括：
若所述地层类型为快地层，则根据黏土含量确定的纵波和横波各向异性系数，确定第四刚性系数，并根据所述第四刚性系数和预设第五刚性系数得到第六刚性系数；
根据所述第四刚性系数、第五刚性系数和第六刚性系数确定水平和垂直方向的杨氏模量。
5.一种全剖面水平主应力测量装置，其特征在于，包括：
地层性质确定模块，用于根据目标工区的测井资料确定对应的地层性质；
各向同性地层水平主应力确定模块，用于若所述地层性质为各向同性地层，则根据上覆压力、孔隙压力和构造应力确定水平主应力；
各向异性地层水平主应力确定模块，用于若所述地层性质为各向异性地层，则根据水平和垂直方向的杨氏模量、水平和垂直方向的泊松比、所述构造应力、所述孔隙压力以及所述上覆压力，确定所述水平主应力。
6.根据权利要求5所述的全剖面水平主应力测量装置，其特征在于，还包括：
地层类型确定单元，用于根据地层横波速度与钻井液速度的数值比较关系，确定所述目标工区的地层类型；
杨氏模量确定单元，用于根据所述目标工区的地层类型确定刚性系数和与所述刚性系数对应的水平和垂直方向的杨氏模量。
7.根据权利要求6所述的全剖面水平主应力测量装置，其特征在于，所述杨氏模量确定单元包括：
慢地层刚性系数确定子单元，用于若所述地层类型为慢地层，则根据斯通利波反演水平方向横波确定第一刚性系数，并根据所述第一刚性系数和预设第二刚性系数得到第三刚性系数；
慢地层杨氏模量确定子单元，用于根据所述第一刚性系数、第二刚性系数和第三刚性系数确定水平和垂直方向的杨氏模量。
8.根据权利要求6所述的全剖面水平主应力测量装置，其特征在于，所述杨氏模量确定单元包括：
快地层刚性系数确定子单元，用于若所述地层类型为快地层，则根据黏土含量确定的纵波和横波各向异性系数，确定第四刚性系数，并根据所述第四刚性系数和预设第五刚性系数得到第六刚性系数；
快地层杨氏模量确定子单元，用于根据所述第四刚性系数、第五刚性系数和第六刚性系数确定水平和垂直方向的杨氏模量。
9.一种电子设备，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，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现权利要求1至4任一项所述的全剖面水平主应力测量方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至4任一项所述的全剖面水平主应力测量方法的步骤。
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