本發(fā)明涉及石油地球物理勘探，尤其涉及一種基于構(gòu)造地應(yīng)力場的致密儲層壓裂指數(shù)預(yù)測方法。

背景技術(shù)：

1、近年來非常規(guī)油氣資源的勘探開發(fā)備受國內(nèi)外專家的關(guān)注，致密油氣儲層作為其重要組成部分，成為目前油氣勘探熱點和難點，致密油氣是指賦存于滲透率極低的致密砂巖、致密碳酸鹽巖等儲層的油氣，單井產(chǎn)量未能形成工業(yè)油氣流，可在一定的開采措施下形成工業(yè)油流。該類儲層具有滲透率低、孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜、礦物組分復(fù)雜、脆性特征明顯等特點。相比淺層，深層致密儲層油氣開發(fā)面臨了諸多難題，例如：地質(zhì)條件更復(fù)雜、資源賦存形式與生產(chǎn)動態(tài)規(guī)律尚不明確、鉆井周期長、壓裂形成縫網(wǎng)的難度大等，需要有效的可壓性評價對儲層做出準(zhǔn)確認(rèn)識，實現(xiàn)較好的壓裂效果。

2、儲層可壓性反映的僅僅是地層油藏物理和地質(zhì)力學(xué)特征，以及在體積壓裂過程中泵入高壓壓裂液對巖體裂縫起裂和擴(kuò)展等力學(xué)行為的綜合影響，與體積壓裂施工無關(guān)。目前的可壓性評價方法主要包括定性和定量評價方法。定性方法主要是采用研究區(qū)塊資料與頁巖氣高產(chǎn)優(yōu)勢層位、井位、區(qū)塊資料進(jìn)行直接對比的方式，通過地質(zhì)、巖石力學(xué)、測井和地球物理、試采等資料選擇頁巖氣壓裂的井位和層位，但是該種方法需要大量前期歷史資料，適用于成熟的頁巖氣開發(fā)區(qū)塊，且誤差有時較大。定量方法主要基于脆性指數(shù)或者可壓性指數(shù)，脆性指數(shù)作為儲層壓裂有利層位甄選的核心指標(biāo)，是應(yīng)用最廣泛的儲層可壓性評價方法，但是現(xiàn)有的脆性指數(shù)評價方法只能反映簡單力學(xué)環(huán)境下，巖石非彈性應(yīng)變后發(fā)生的永久破壞能力，無法考慮外部環(huán)境(如地應(yīng)力等)對巖石破壞的影響。同時脆性指數(shù)需要其他參數(shù)間接求取，本身無法直接進(jìn)行測試。可壓性評價方法通常除考慮脆性指數(shù)因素外，還可考慮其它因素，如地應(yīng)力差異、天然裂縫發(fā)育程度等。但是，脆性指數(shù)和可壓性指數(shù)方法普遍需要充足的室內(nèi)實驗數(shù)據(jù)，所以具有測試成本高、測試周期長等缺陷，同時現(xiàn)場有時巖芯并不充足，所以只能獲得不同層位的離散可壓性評估數(shù)據(jù)，難以支持整個井段的壓裂設(shè)計工作。

3、綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)對于精細(xì)的致密儲層的可壓裂性預(yù)測具有明顯的不足，致密油藏開發(fā)效果受到儲層性質(zhì)和可壓性質(zhì)的影響，因此，可壓性質(zhì)的評價對致密油藏開發(fā)效果有重要的影響。但現(xiàn)有技術(shù)中并沒有有效評價致密儲層可壓裂適應(yīng)區(qū)的方法，也沒有建立明確的流程與標(biāo)準(zhǔn)。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、鑒于上述問題，提出了本發(fā)明以便提供克服上述問題或者至少部分地解決上述問題的一種基于構(gòu)造地應(yīng)力場的致密儲層壓裂指數(shù)預(yù)測方法。

2、根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種基于構(gòu)造地應(yīng)力場的致密儲層壓裂指數(shù)預(yù)測方法，所述預(yù)測方法包括：

3、步驟101：獲取彈性參數(shù)的三維數(shù)據(jù)體；

4、步驟102：基于彈性薄板彎曲理論建立彈性體內(nèi)任意點應(yīng)變分量與位移分量的關(guān)系；

5、步驟103：基于構(gòu)造地應(yīng)力場分析，實現(xiàn)主應(yīng)力和主應(yīng)力方向的三維空間分布預(yù)測；

6、步驟104：根據(jù)所述三維空間分布預(yù)測建立壓裂指數(shù)預(yù)測模型，形成用于深層致密儲層甜點預(yù)測的定量評價參數(shù)，建立明確的致密儲層可壓裂適應(yīng)區(qū)評價標(biāo)準(zhǔn)。

7、可選的，所述彈性參數(shù)具體包括：縱橫波速度、密度。

8、可選的，所述驟101：獲取彈性參數(shù)的三維數(shù)據(jù)體具體包括：進(jìn)行疊前地震彈性參數(shù)反演，獲得彈性參數(shù)的三維數(shù)據(jù)體。

9、可選的，所述步驟102：基于彈性薄板彎曲理論建立彈性體內(nèi)任意點應(yīng)變分量與位移分量的關(guān)系中所述彈性薄板為板的厚度遠(yuǎn)小于其他方向尺度的兩個平行平面所圍成的板狀構(gòu)件。

10、可選的，所述步驟102：基于彈性薄板彎曲理論建立彈性體內(nèi)任意點應(yīng)變分量與位移分量的關(guān)系具體包括：

11、設(shè)薄板的中平面為坐標(biāo)平面，z＝0；

12、坐標(biāo)原點o為中平面內(nèi)一點，x和y軸在中平面內(nèi)；

13、在x軸正方向上產(chǎn)生的位移為u，y軸正方向上產(chǎn)生的位移為v，z軸正方向上產(chǎn)生的位移為擾度w(x,y)，z軸向上，薄板的時間厚度為z(單位為s)；

14、對于薄板介質(zhì)的彈性性質(zhì)，通過以下彈性力學(xué)方程來表示；

15、幾何方程：描述彈性體內(nèi)任意點應(yīng)變分量與位移分量的關(guān)系，其表達(dá)式為；

16、

17、

18、uz＝w?(3)

19、其中：εx，εy，εz分別為x，y，z截面的正應(yīng)變分量，γxy為xy截面的剪應(yīng)變分量；

20、由薄板理論可知，有：

21、

22、且有：

23、

24、定義曲率變形分量：

25、

26、其中：kx，ky分別為x，y方向的曲率變形分量，kxy為xy方向的曲率變形分量；

27、對于厚度為z的薄板，其應(yīng)變分量寫為：

28、εx＝-zkx，εy＝-zky，γxy＝-2zkxy?(7)。

29、可選的，所述步驟103：基于構(gòu)造地應(yīng)力場分析，實現(xiàn)主應(yīng)力和主應(yīng)力方向的三維空間分布預(yù)測具體包括：

30、物理本構(gòu)關(guān)系方程描述了彈性體應(yīng)力分量和應(yīng)變分量之間關(guān)系，其表達(dá)式如下：

31、

32、

33、

34、其逆關(guān)系為：

35、σx＝2μεx+λθ，τxy＝μγxy?(11)

36、σy＝2μεy+λθ，τyz＝μγyz?(12)

37、σz＝2μεz+λθ，τxz＝μγxz?(13)

38、θ＝εx+εy+εz?(14)

39、其中：λ是拉梅(lame)常數(shù)，μ是剪切模量，ν是泊松比，θ為體積應(yīng)變，e楊氏模量，σ為正應(yīng)力分量，τ為剪應(yīng)力分量；

40、將(8、9、10)式代入，得到：

41、

42、因而有：

43、

44、

45、

46、由(16、17、18)式可知，當(dāng)?shù)貙用嫦蛏贤箷r，曲率大于零，對應(yīng)上凸地層面受拉張應(yīng)力，并且張應(yīng)力為正；

47、統(tǒng)一使用張應(yīng)力為負(fù)、壓應(yīng)力為正的表示方方式，因此曲率小于零，則表示地層上凸；

48、求出該點沿坐標(biāo)的應(yīng)力后，可得到最大水平主應(yīng)力σmax、最小水平主應(yīng)力σmin及其對應(yīng)的主方向：

49、

50、

51、若σmax與x軸的夾角為α，σmin與x軸的夾角為β，則

52、

53、可選的，所述步驟104：根據(jù)所述三維空間分布預(yù)測建立壓裂指數(shù)預(yù)測模型具體包括：

54、獲取地層面的擾度方程或面上點的地層曲率，估算相應(yīng)的應(yīng)力場；

55、計算表征致密儲層可壓裂性質(zhì)的壓裂指數(shù)，有效評價致密儲層的可壓裂性質(zhì)，建立致密儲層可壓裂適應(yīng)區(qū)評價標(biāo)準(zhǔn)。

56、可選的，所述地層曲率的計算方法包括：

57、地層趨勢面的擬合：求出地層面上的應(yīng)力場，計算出地層面的曲率分量；

58、計算方法采用趨勢面擬合方法擬合地層面的趨勢函數(shù)來求?。?/p>

59、假定趨勢面的待定系數(shù)函數(shù)為：

60、w(x,y)＝a0+a1x+a2y+a3x2+a4xy+a5y2?(22)

61、由層面散點處的坐標(biāo)值(x，y，z)，建立最小二乘方程，對一個散點：

62、εi＝zi-wi(xi,yi)?(23)

63、

64、當(dāng)由n個散點擬合一個趨勢面時，得到擬合方程組，其中求和號表示對1,2,…,n點求和；解此線性方程組，得到趨勢面函數(shù)；

65、趨勢面的曲率計算式；

66、

67、可選的，構(gòu)造所述應(yīng)力場的計算方法包括：

68、曲率參數(shù)：解方程組得到擬合曲面系數(shù)a3，a4，a5，由(25)式得到對應(yīng)點處的曲率；

69、應(yīng)變參數(shù)：由式(7)得到應(yīng)變值；

70、應(yīng)力參數(shù)：由式(16)、(17)、(18)、(19)、(20)、(21)分別計算出相應(yīng)的應(yīng)力，以及主應(yīng)力和主應(yīng)力方向。

71、可選的，所述計算表征致密儲層可壓裂性質(zhì)的壓裂指數(shù)方法具體包括：

72、最大水平主應(yīng)力與最小水平主應(yīng)力之差作為一種壓裂指數(shù)fi：

73、fi＝(σmax-σmin)/max|σmax-σmin|

74、其中，fi為壓裂指數(shù)，σmax為最大水平主應(yīng)力，σmin為最小水平主應(yīng)力。

75、本發(fā)明提供的一種基于構(gòu)造地應(yīng)力場的致密儲層壓裂指數(shù)預(yù)測方法，所述預(yù)測方法包括：步驟101：獲取彈性參數(shù)的三維數(shù)據(jù)體；步驟102：基于彈性薄板彎曲理論建立彈性體內(nèi)任意點應(yīng)變分量與位移分量的關(guān)系；步驟103：基于構(gòu)造地應(yīng)力場分析，實現(xiàn)主應(yīng)力和主應(yīng)力方向的三維空間分布預(yù)測；步驟104：根據(jù)所述三維空間分布預(yù)測建立壓裂指數(shù)預(yù)測模型，形成用于深層致密儲層甜點預(yù)測的定量評價參數(shù)，建立明確的致密儲層可壓裂適應(yīng)區(qū)評價標(biāo)準(zhǔn)。有效評價致密儲層的可壓裂性質(zhì)，建立致密儲層可壓裂適應(yīng)區(qū)評價標(biāo)準(zhǔn)，形成適合于深層致密儲層勘探開發(fā)的“甜點”預(yù)測技術(shù)，為致密儲層的開發(fā)提供基礎(chǔ)，具有良好的應(yīng)用效果和推廣前景。

76、上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，而可依照說明書的內(nèi)容予以實施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點能夠更明顯易懂，以下特舉本發(fā)明的具體實施方式。