[发明专利]一种多期次、多尺度裂缝孔渗参数定量预测方法

权利要求书

1.一种多期次、多尺度裂缝孔渗参数定量预测方法，预测的步骤如下：

第一步 不同尺度裂缝面密度预测；

断层、裂缝在几何形态、构造演化以及成因动力上具有统计意义的自相似性；断裂的自相似性采用分形信息维D的综合量化表征，其计算原理为：

公式(1)中，P_i是每个信息点落入第i个小栅格的概率；ε为栅格的边长，m；

I(r)＝-Dln(r)+C (2)

公式(2)中，r为分形统计单元边长，m；D为断裂信息维，无量纲；C为断裂相似性拟合系数；与断裂容量维相比，断裂长度信息维包含了断裂的尺度信息，具有较强的实际应用性；

在统计单元内，裂缝总是朝向与断裂相似性更高的方向发展，不同尺度裂缝使单元内断裂的拟合系数R²更高，基于上述原理，在某一单元内，利用公式(1)-(2)，拟合得到断层在分形统计区间内的信息维D以及拟合系数R²，理想的岩心、薄片尺度的裂缝分布应当使单元内的R²更高；通过变换栅格的边长ε，确定不同尺度裂缝对应的I(ε)，得到裂缝落入每个小栅格的概率，在统计意义上求得单元内不同尺度裂缝的总长度，进而计算不同尺度的裂缝面密度：

ρ_s＝d·e^-Dln(d)+C (3)

公式(3)中，d为裂缝的尺度，m；

利用断裂信息维的计算原理，编制相应的算法，在对断裂信息数据化后，模拟得到不同尺度的裂缝面密度分布；

第二步 裂缝现今开度预测；

通过建立偏正态模型，将不同尺度的裂缝赋予不同的开度；结合岩心-薄片裂缝开度分布，对两者进行概率耦合，通过三维构造图建立地质模型，结合岩石三轴压裂实验，确定岩层的力学参数——泊松比、弹性模量、单轴抗压-抗剪强度、内摩擦角，建立地质力学模型；

在现今应力场中三向挤压应力的影响下，裂缝会出现一定程度的闭合，渗流能力变差；现今地应力场改造后裂缝开度的计算公式：

公式(5)中，b₀、b分别为裂缝的原始、现今开度，m；σ′_n为有效正应力，MPa；b_res为裂缝的残余开度，m；σ_nref为裂缝开度减小90％时，对应的有效正应力，MPa；

第三步 不同尺度、不同期次的裂缝孔渗参数计算模型；

对于单个统计单元，不同尺度的裂缝导流能力不一，延伸长、开度大的裂缝通常在导流中起主导作用，不同尺度的裂缝导流能力借助于适当的模型进行评价，通过建立微小单元体模型，计算裂缝的孔渗参数；

以裂缝为参照物建立静态坐标系O-EENWS，以大地坐标为参照物建立动态坐标系O-XY，定义θ为水平面内OX轴与正东方向的夹角，即动态坐标系的旋转角，通过调整θ的大小，求取裂缝在动态坐标系中不同方向的渗透率；定义OX轴位于北东向时，θ为负值；位于南东向时，θ为正值，利用该模型实现不同尺度裂缝的导流能力分级评价；

利用多尺度、多期次裂缝参数计算模型，推导相应的算法，得到裂缝的孔隙度计算公式：

公式中，l_i为第i段裂缝的长度，m；b_i为第i段裂缝的开度，m；m为裂缝分段数；

在复杂的地质条件下，储层裂缝经历多期构造运动改造，每组裂缝的产状、面密度、开度往往不同，甚至每条裂缝在不同部位其开度也不同；当单元体内发育多组裂缝时，最大渗透率方向θ_max的计算方法为：

在单元体内，裂缝最大渗透率方向上，渗透率大小K_max表示为：

公式(6)-(8)中，R为统计单元边长，m；ρ_rmin为薄片尺度的裂缝面密度，m/m²；ρ_rmax为岩心尺度的裂缝线密度，m/m²；m为裂缝分段数，是求取的单元体内裂缝渗透率的数目；n_xi、n_yi分别为第i组裂缝面的单位法向向量在X、Y轴的坐标轴的分量；用薄片尺度的裂缝面密度计算孔隙度，该参数一定程度反映裂缝的储集、溶蚀能力，所述的薄片尺度缝长d>10^-5m；利用岩心尺度的裂缝线密度计算渗透率的大小、方向，所述的岩心尺度缝长d>0.5m。

2.根据权利要求1所述的一种多期次、多尺度裂缝孔渗参数定量预测方法，所述的结合岩心-薄片裂缝开度分布，对两者进行概率耦合，具体方案为：

通过单元内断层规模统计，确定断层规模对应的分布概率，并与开度模型等概率转换，得到每个统计单元的裂缝平均开度b_aver；利用公式(3)确定不同尺度范围的裂缝面密度，所有统计单元组成的长度分布模型按照归一化，通过循环迭代，将每个单元内的裂缝总长度分为m段，长度分布符合长度分布的偏正态模型，将岩心-薄片裂缝开度概率函数分别赋值于m段不同尺度的裂缝，得到的大尺度裂缝开度大，小尺度裂缝开度小，同时满足：

公式(4)中，l_i为第i段裂缝的长度，m；b_i为第i段裂缝的开度，m；m为裂缝分段数；

通过裂缝长度与开度的两次概率耦合，不仅每个单元内的裂缝开度符合偏正态分布且整个工区的裂缝的开度分布也与裂缝开度频率分布函数一致。