[发明专利]一种基于应力释放率的储层裂缝预测方法

摘要

本发明涉及油气田勘探开发领域，尤其是一种基于应力释放率的储层裂缝预测方法。本发明通过不同地区储层矿物含量、TOC含量以及岩石力学参数测定，分析矿物含量与岩石力学参数的相关性，进而确定三维岩石力学参数分布，建立有限元非均质地质力学模型，进行古应力释放率模拟，利用建立的裂缝密度计算模型，实现裂缝密度三维分布预测。本发明由严格的数学算法推导组成，利用计算机编程语言开发相应的计算程序，它解决了储层裂缝密度难以准确定量预测的问题。

主权项

1.一种基于应力释放率的储层裂缝预测方法，预测的步骤如下：第一步 不同地区储层矿物含量、TOC含量以及岩石力学参数测试；通过储层矿物含量、TOC含量以及岩石力学参数分析测试，确定岩石的矿物百分含量、TOC含量以及岩石力学参数；第二步 矿物含量、TOC含量与岩石力学参数相关性分析；采用相关性分析的方法研究不同岩石力学参数、粘土矿物、石英、长石、方解石、白云石矿物以及TOC含量之间的相关性；当样本含量N≤2000时，结果以W检验为准，当样本含量N>2000时，结果以D检验为准；若样本不服从正态分布，采用非参数统计方法，即Spearman秩相关系数Rs作为评价变量间的相关性大小，具体计算步骤如下：(1)编秩:将两变量X、Y成对的观察值分别从小到大顺序编秩；(2)将数据带入公式计算；Spearman秩相关系数Rs有两个计算公式:公式(1)‑(2)中，d_i为第i对变量值(X，Y)的秩次之差；n为数据组数；T_X或T_Y＝∑t³‑t，t为X或Y中相同秩次的个数；当T_X＝T_Y＝0时，两式相等；(3)建立假设检验，确定检验水准；(4)计算检验统计量；利用公式(1)‑(2)，求取不同变量的相关性大小，其中负值表示两种变量为负相关关系，正值表示两种变量为正相关关系；通过矿物含量与岩石力学参数的相关性分析，选取与岩石力学参数的相关性敏感的矿物含量、TOC含量，建立研究区岩石的泊松比、杨氏模量预测数学模型，结合不同地区的矿物含量、TOC含量分布，得到研究区岩石力学参数的三维分布；第三步 建立有限元非均质地质力学模型；依据研究区岩石力学参数的三维分布，建立工区的地质模型；利用岩石声发射结果，确定古应力场模拟的水平最大主应力以及最小主应力；利用裂缝、断层的构造形迹分析，确定水平最大主应力的方位；依据研究区岩石力学参数的三维分布，建立有限元非均质地质力学模型；第四步 古应力释放率模拟；以多点的声发射数据为约束，模拟得到研究区不稳定的古构造应力场，依据安德森准则，σ_H>σ_V>σ_h，此时为强构造活动时期的构造应力场；当σ_H≈σ_V>σ_h时，为弱构造活动时期的构造应力场，为稳定的应力场，称之为残余应力场；利用每个单元体中应力的累计变化，实现古应力释放率的模拟；第五步 裂缝密度计算模型；根据弹性理论和虎克定律，应变能密度表示为：根据能量守恒定律提出以下公式：公式(3)‑(4)中，D_vf定义为裂缝的体密度，m²/m³；是当前应力下的弹性应变能，J/m³；是产生新裂缝所需的弹性应变能密度，J/m³；是产生裂缝必须克服的弹性应变密度，J/m³；是残余应变密度，J/m³，通过模拟残余应力场获得；V是单元体的体积，m³；S_f是新裂缝的面积，m²；J是单位面积裂缝需要的能量，通过三轴压缩试验获得，E是杨氏模量，σ₃最小主应力，σ₂中间主应力，σ₁最大主应力；假设单元体中的裂缝以均匀间隔排列，所以裂缝的线密度D_lf表示如下：公式(5)，L₁，L₂和L₃分别是单元体在σ₃，σ₂和σ₁方向上的长度；θ是岩石的破裂角；第六步 裂缝密度三维分布预测与模拟结果可靠性对比分析；利用公式(3)‑(5)，结合应力场演化，实现裂缝密度三维分布预测，利用单井或野外剖面的裂缝分布，验证裂缝垂向分布的可靠性；利用不同地区裂缝的线密度，验证裂缝平面分布的可靠性。