一種預(yù)測致密低滲透非均質(zhì)儲層中構(gòu)造裂縫優(yōu)勢方向及其密度的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及油氣地質(zhì)和數(shù)值計算領(lǐng)域，具體涉及一種預(yù)測致密低滲透非均質(zhì)儲層 中裂縫優(yōu)勢方向及裂縫密度的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 從裂縫形成時期的構(gòu)造應(yīng)力場分析入手，利用有限元數(shù)值模擬技術(shù)，是預(yù)測裂縫 分布的一條有效途徑。構(gòu)造應(yīng)力場的有限元數(shù)值模擬是一種成熟的數(shù)值計算方法，其關(guān)鍵 是如何在模擬應(yīng)力場分布以后，預(yù)測形成的構(gòu)造裂縫的方位和密度。目前常用的辦法是和 基于均勻介質(zhì)模型的經(jīng)典庫侖摩爾巖石破裂準(zhǔn)則或格里菲斯巖石破裂準(zhǔn)則結(jié)合起來，分別 判斷是否形成了剪破裂或張破裂，并用二元法（即應(yīng)變能和巖石破裂值)通過取心井裂縫的 擬合來計算和預(yù)測裂縫分布。由于低滲透儲層構(gòu)造裂縫主要是剪切裂縫，因此這里主要是 定量預(yù)測剪切裂縫。
[0003] 按照均勻介質(zhì)的經(jīng)典庫侖摩爾巖石破裂準(zhǔn)則，當(dāng)巖石受力達到或超過巖石的抗剪 強度時，如圖1所示，會在巖石中形成兩組共輒的剪切裂縫，分別位于圖1的A點和B點，這樣 在巖石中就會形成很規(guī)則的呈棋盤格式分布的兩組剪切裂縫系統(tǒng)。但實際上，在我國的絕 大多數(shù)地質(zhì)條件下，致密低滲透儲層中形成的剪切裂縫系統(tǒng)不是這種呈規(guī)則的棋盤格式分 布，而是形成具有優(yōu)勢方向的復(fù)雜裂縫系統(tǒng)，即發(fā)育某一個或幾個優(yōu)勢方向的裂縫系統(tǒng)，其 原因主要與巖石力學(xué)的平面非均質(zhì)性有關(guān)。
[0004] 經(jīng)過大量的巖石力學(xué)試驗和巖石聲發(fā)射實驗表明，致密低滲透儲層的巖石力學(xué)性 質(zhì)在縱向上和橫向上都表現(xiàn)為明顯的各向異性特征，這種巖石力學(xué)性質(zhì)的各向異性既可以 是由于沉積和強烈的成巖作用造成的，也可以是早期存在的微裂隙造成的。其中，致密低滲 透儲層巖石力學(xué)性質(zhì)的橫向各向異性是控制不同方向發(fā)育程度的關(guān)鍵因素。非均質(zhì)儲層巖 石力學(xué)性質(zhì)各向異性的存在，造成巖石的破裂包絡(luò)線發(fā)生下移，如圖2所示，在巖石中產(chǎn)生 裂縫的部位由A點和B點變?yōu)镃點，此時，產(chǎn)生裂縫的應(yīng)力條件、裂縫產(chǎn)生的部位和產(chǎn)生的裂 縫方向與A點和B點明顯不同。因此，如果按照經(jīng)典的裂縫發(fā)育理論模型預(yù)測的裂縫方向和 密度與實際情況會有很大的差異，造成裂縫預(yù)測效果很差，滿足不了致密低滲透油氣儲層 實際勘探和開發(fā)的需求。
[0005] 裂縫發(fā)育的優(yōu)勢方向及不同方向裂縫密度的定量預(yù)測一直是一個難點，目前的預(yù) 測方法是基于經(jīng)典的均勻介質(zhì)破裂理論模型提出的，其預(yù)測結(jié)果與實際地質(zhì)情況相差甚 遠，滿足不了非均質(zhì)性致密低滲透儲層裂縫預(yù)測和致密低滲透油田勘探開發(fā)的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的第一目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提出一種基于非均質(zhì)儲層裂縫發(fā)育理 論模型的預(yù)測致密低滲透非均質(zhì)儲層中構(gòu)造裂縫優(yōu)勢方向及其密度的方法。
[0007] 現(xiàn)有技術(shù)中，基于應(yīng)力場分析裂縫預(yù)測的基礎(chǔ)是建立地質(zhì)模型和力學(xué)模型;所述 地質(zhì)模型和力學(xué)模型是按照層建立的，將同一層視為均質(zhì)體，這種建立方法無法應(yīng)用于非 均質(zhì)儲層。本發(fā)明根據(jù)非均質(zhì)儲層的形成機理及主控因素，建立了相控非均質(zhì)性地質(zhì)模型 和力學(xué)模型，能夠更加客觀地反映儲層的非均質(zhì)性特征，從而更接近于真實地質(zhì)情況。
[0008] 本發(fā)明根據(jù)庫侖摩爾巖石破裂準(zhǔn)則，結(jié)合巖石力學(xué)參數(shù)的平面非均質(zhì)性，建立致 密低滲透非均質(zhì)儲層裂縫發(fā)育理論模型。在該模型的基礎(chǔ)上，本發(fā)明提供了一種預(yù)測致密 低滲透非均質(zhì)儲層中構(gòu)造裂縫優(yōu)勢方向的方法，該方法包括以下具體步驟：
[0009] (a)通過高溫高壓三軸巖石力學(xué)實驗，獲得巖石均質(zhì)體的內(nèi)摩擦角φ以及巖石非 均質(zhì)體的內(nèi)摩擦角實測值γ ;
[0010] (b)根據(jù)公式I計算致密低滲透非均質(zhì)儲層破裂角Θ;
[0011]
[0012] (c)判斷待測區(qū)域內(nèi)裂縫形成的地質(zhì)構(gòu)造活動期，建立地質(zhì)、力學(xué)以及數(shù)學(xué)模型， 計算所述地質(zhì)構(gòu)造活動期的古應(yīng)力場，獲得最大主應(yīng)力方位角α;
[0013] (d)將所述最大主應(yīng)力方位角α和致密低滲透非均質(zhì)儲層破裂角Θ代入公式II中， 獲得裂縫發(fā)育方位角β，依據(jù)所述m直判斷裂縫優(yōu)勢方向；
[0014] β = α±θ II。
[0015] 本發(fā)明所述高溫高壓三軸巖石力學(xué)實驗、地質(zhì)、力學(xué)以及數(shù)學(xué)模型的建立方法以 及地質(zhì)構(gòu)造活動期的確定方法、古應(yīng)力場、剪應(yīng)力方位角等參數(shù)的確定方法均為本領(lǐng)域的 常規(guī)方法，可按照本領(lǐng)域的常規(guī)技術(shù)進行操作，本發(fā)明不做特殊限定。在確定所述巖石非均 質(zhì)體內(nèi)摩擦角實測值γ時，應(yīng)綜合考慮早期裂縫和巖石力學(xué)性質(zhì)的平面各向異性。
[0016] 由于在確定地質(zhì)構(gòu)造活動期的基礎(chǔ)上，待測區(qū)域內(nèi)的每一個點都各自有一個與地 質(zhì)構(gòu)造活動期對應(yīng)的剪應(yīng)力方向角α值。因此，本發(fā)明求得的裂縫優(yōu)勢方向角β為一系列具 體數(shù)值;對于某一特定的待測區(qū)域而言，各個點的裂縫優(yōu)勢方向角一般在較小的角度范圍 內(nèi)浮動，可以根據(jù)該角度范圍，結(jié)合待測區(qū)裂縫實測資料，綜合判斷待測區(qū)域內(nèi)裂縫整體的 優(yōu)勢方向。
[0017] 在本發(fā)明提供的方法中，由于剪應(yīng)力方向角α與特定的地質(zhì)構(gòu)造活動期對應(yīng)，因 此，該方法判斷得到的裂縫優(yōu)勢方向與地質(zhì)構(gòu)造活動期一一對應(yīng)。當(dāng)待測區(qū)域的地質(zhì)構(gòu)造 活動期數(shù)>1時，可重復(fù)以上步驟，分別獲得每一個地質(zhì)構(gòu)造活動期的裂縫優(yōu)勢方向。
[0018] 本發(fā)明的第二目的為定量預(yù)測致密低滲透非均質(zhì)儲層中裂縫在單一優(yōu)勢方向上 的密度。
[0019] 本發(fā)明提供的裂縫密度預(yù)測方法針對單一的裂縫優(yōu)勢方向。當(dāng)待測區(qū)域內(nèi)有多個 裂縫優(yōu)勢方向時，應(yīng)分別預(yù)測不同優(yōu)勢方向上的裂縫密度。
[0020] 在現(xiàn)有技術(shù)中，主要依據(jù)應(yīng)變能和巖石破裂值計算得到裂縫密度，這種方法主要 是反映了裂縫形成外因的影響，而沒有反映裂縫形成內(nèi)因的影響。本發(fā)明提出了改進的多 元融合的裂縫密度計算方法，在確定裂縫優(yōu)勢發(fā)育方向的基礎(chǔ)上，融合影響裂縫形成與分 布的主控因素，所述主控因素包括:能量指數(shù)和脆性指數(shù)，以及在裂縫優(yōu)勢發(fā)育方向上的巖 層間距指數(shù)、破裂指數(shù)和非均質(zhì)系數(shù)，并通過對成像測井資料、取心井資料以及動態(tài)資料的 分析、處理、擬合，確定各主控因素的系數(shù)，從而定量預(yù)測優(yōu)勢發(fā)育方向上裂縫密度。該方法 綜合考慮了控制裂縫形成與分布的外因和內(nèi)因，預(yù)測結(jié)果具有實際指導(dǎo)意義。
[0021] 具體而言，所述方法包括以下步驟：
[0022] (1)確定待測區(qū)域內(nèi)裂縫形成的地質(zhì)構(gòu)造活動期，并在所述區(qū)域內(nèi)選擇已知井點， 檢測該已知井點在各個地質(zhì)構(gòu)造活動期的單因素變量Xi;
[0023] 所述單因素變量為影響裂縫形成與分布的變量，包括:能量指數(shù)和脆性指數(shù)，以及 在裂縫優(yōu)勢方向上的巖層間距指數(shù)、破裂指數(shù)和非均質(zhì)系數(shù)；
[0024] (2)將所述單因素變量代入公式III中，得到某地質(zhì)構(gòu)造活動期j形成裂縫的密度 預(yù)測值氏；
[0025]
[0026] 所述公式III中，Xi代表所述單因素變量，Ai、Bi、Ci代表與所述單因素變量Xi對應(yīng)的 單因素系數(shù)，η代表單因素變量的總個數(shù)；
[0027] (3)將各個地質(zhì)構(gòu)造活動期形成裂縫的密度預(yù)測值比代入公式IV中，即得已知井 點裂縫總密度預(yù)測值Ge;
[0028]
[0029] 所述公式IV中，P」代表地質(zhì)構(gòu)造活動期j形成裂縫的比例系數(shù)，m代表地質(zhì)構(gòu)造活 動期的總期數(shù)。
[0030] 所述步驟(1)中，各單因素變量均可采用本領(lǐng)域的常規(guī)方法進行檢測，本發(fā)明不做 具體限制。
[0031] 所述步驟(3)中，P」代表地質(zhì)構(gòu)造活動期j形成的裂縫所占的比例系數(shù)，即在加權(quán) 求和中不同時期裂縫密度預(yù)測值的加權(quán)系數(shù)，各個時期的匕值之和為1。