一种基于井筒裂缝观测的三维裂缝渗透率张量计算模型的系统技术方案

技术编号:14765890 阅读:145 留言:0更新日期:2017-03-08 10:15
本发明专利技术涉及油气田勘探开发领域,尤其是一种基于井筒裂缝观测的三维裂缝渗透率张量计算模型的系统。本发明专利技术基于岩心统计、薄片观测以及测井解释,通过现今地应力分析,确定裂缝地下开度,利用古地磁定向、岩层产状法或地层倾角法确定裂缝的三维展布,进而建立真三维裂缝渗透率计算模型,推导可编程算法,编制相应的程序,准确的计算三维等渗透率面、最大差渗透率面、不同方向的渗透率剖面等。本发明专利技术对于真三维空间裂缝渗透率张量及井网设计、确定注水井与采油井的空间位置关系、寻找最优钻井轨迹等油田开发方案的部署具有较高的实用价值,并且预测成本低廉、可操作性强,预测结果可靠。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及油气田勘探开发领域,尤其是一种基于井筒裂缝观测的三维裂缝渗透率张量计算模型。
技术介绍
在裂缝性储层勘探开发过程中,天然裂缝的渗流方向与裂缝的产状、充填性以及现今地应力大小、方向密切相关,裂缝的主渗流方向影响井网部署、注水开发等措施实施。在油藏中,天然裂缝分布极为复杂;在一个单元内,不同期次、不同展布以及不同开度的裂缝在油气导流中所起的作用不一,如何考虑三维的地质因素,输出三维的裂缝渗透率张量是裂缝描述的一大难点。刘月田等(刘月田丁祖鹏屈亚光赵辰军.油藏裂缝方向表征及渗透率各向异性参数计算[J].石油学报,2011,32(5):842-846.)所提的裂缝渗透率计算方法仅考虑了特殊情况下(剪切裂缝,对称,等开度)裂缝渗透张量的计算,并且该方法也无法定量输出主渗透率方向;刘敬寿等(刘敬寿,戴俊生,邹娟,杨海盟,汪必峰,周巨标.裂缝性储层渗透率张量定量计算方法[J].石油与天然气地质,2015,36(6):1022-1029.)所提的裂缝渗透率张量计算方法考虑的三维的因素,只能输出二维的结果,无法准确的计算三维等渗透率面、最大差渗透率面、不同方向的渗透率剖面等。本专利技术专利基于岩心统计、薄片观测以及测井解释,在应力场模拟的基础上,确定裂缝地下开度,利用古地磁定向、岩层产状法或地层倾角法确定裂缝的三维展布,进而建立真三维裂缝渗透率计算模型,在推导相应算法的基础上,编制相应的程序,实现准确的计算三维等渗透率面、最大差渗透率面、不同方向的渗透率剖面等。本专利技术旨在解决上述问题,提供了一种基于井筒裂缝观测的三维裂缝渗透率张量计算模型,它解决了无法准确输出井筒裂缝真三维空间等渗透率面、最大差渗透率面以及不同方向的渗透率剖面的问题。本专利技术的技术方案为:一种基于井筒裂缝观测的三维裂缝渗透率张量计算模型,具体步骤如下:第一步井筒裂缝发育程度的观测利用岩心观测、测井资料解释对裂缝的开度测量,确定裂缝的组系特征;依据成像资料、测井或者岩心观察,求取裂缝的线密度,为后面计算裂缝平行渗透率准备。第二步裂缝定向在岩心裂缝观测中,对非定向岩心采用古地磁定向、岩层产状法或地层倾角法确定每条裂缝的产状;在成像资料、声波测井解释裂缝时,利用地层倾角测井或者成像测井资料对裂缝定向。第三步应力场模拟确定裂缝地下的开度利用水力压裂法、波速法、声发射法、应力解除法、光弹性应力法等可以对工区现今地应力方位进行了判断,并通过测井、压裂资料以及物理实验计算了关键井现今地应力的数值,利用地震反演、测井解释、岩石力学实验确定岩石的力学属性。在此基础上,利用软件建立有限元模型,采用多井约束的方法对研究区现今地应力场进行了数值模拟。利用模拟结果,确定井筒裂缝发育处的现今地应力大小、方向;国外专家Willis-Richards等和Jing等同时考虑了正应力及剪应力对裂缝开度的影响,得出在现今地应力场改造后的裂缝开度计算公式:公式(1)中,b为裂缝的现今地下实际开度,单位:m;b0为裂缝的原始开度,单位:m;σ′n为有效正应力,单位:MPa;bres代表裂缝面承受最大有效正应力时的裂缝开度,单位:m;σnref为使裂缝开度减小90%的有效正应力,单位:MPa,是一个与岩性相关的系数,已有学者[Willis-RichardsJ,1996;JingZ,1998;DurhamWB,1994;ChenZ,2000;秦积舜;2002;]给出了不同条件下的测试数值。第四步建立真三维裂缝渗透率张量计算几何模型如图2所示,设裂缝面Φ的倾角为δ,倾向为ω,以裂缝为参照物建立O-ABC坐标系(O-ABC),O-ABC坐标系中的三个坐标轴分别对应于裂缝面的法线方向(OA轴)、裂缝走向方向(OB轴)、裂缝面内垂直于裂缝走向线的方向(OC轴)。设任意渗流面ψ的倾角为α,倾向为β,其单位法向矢量为m;以渗流面ψ为参照物建立坐标系(O-XYZ),其中,OX轴为渗流面ψ的法线方向,OY轴、OZ轴位于渗流面ψ内,OP为渗流面ψ的走向线,HQ为渗流面ψ的倾斜线,HR为渗流面ψ倾斜线的水平投影;线OS、ON、OE、OW、HR、OH、OP、OB在水平面内,定义θ为渗流面ψ内OY轴与OP轴的夹角,通过调整θ的大小,可以求取裂缝在θ中不同方向的渗透率。第五步真三维裂缝渗透率张量数学模型在已知裂缝线密度、地下开度的基础上,单组(单条)裂缝的平行渗透率K可以表示为:公式(2)中,b为裂缝的现今地下实际开度,单位:m;Dlf为单组裂缝的线密度,条/m。设第i条裂缝的渗透率张量为K,则其在坐标系O-XYZ中的表达式可表示为:同理,渗透率张量K在坐标系O-ABC中的表达式可表示为:OA轴在大地坐标系中的三个分量为:OX轴在大地坐标系中的三个分量为:设裂缝的渗透率张量为K,其在O-ABC坐标系中的表达式可表示为:同理,渗透率张量K则其在O-XYZ坐标系中的表达式可表示为:在O-XYZ坐标系中,每个单元体内单组裂缝的渗透率张量KABC可表示为:由公式(7)-(9)可以得到:KXYZi=T·KABC·TT(10)其中,O-ABC坐标系转换为O-XYZ坐标系的旋转矩阵T可表示为:公式(11)的旋转矩阵T中各参数分别表示为:在O-XYZ坐标系中,单元体内每组(每条)裂缝的渗透率张量KXYZi可表示为:在复杂的地质条件下,储层裂缝经历多期构造应力场演化,每组裂缝的产状、线密度、开度往往不同,依据公式(10)、公式(11)及公式(13),单元体内发育多组裂缝时,渗透率张量KXYZ可表示为:公式(14)中,k为单元体内裂缝的组数;bi为第i组裂缝的开度,单位:m;Ti为第i组裂缝在O-ABC坐标轴分量转换为O-XYZ坐标轴分量的旋转矩阵,单位:m;Dlfi为第i组裂缝的线密度,单位:条/m。第六步编制程序,输出渗透率剖面利用公式(1)-(14)推导的算法编制相应的程序,通过循环迭代变量α(渗流面ψ的倾角)、β(渗流面ψ的倾向)、θ(OY轴与OP轴的夹角),其中的α范围为[0-90°],β的范围为[0-360°),θ的范围为[0-90°),根据计算精度需求,设置循环迭代步长(⊿sp,例如:5°,2°,1°,0.5°,0.2°,0.1°等)将α、β、θ逐次累加⊿sp,利用公式(12)-(14),计算坐标系(O-XYZ)不同的α、β、θ对应的KXXαβθ(X方向渗透率主值)、KYYαβθ(Y方向渗透率主值)、KZZαβθ(Z方向渗透率主值)。利用公式(1)-(14),设置α=0°,β为[0-360°)的任意数值;调节θ的大小,步长⊿sp,范围为[0-90°),输出KYYαβθ(Y方向渗透率主值)、KZZαβθ(Z方向渗透率主值),得到水平面的渗透率变化。利用公式(1)-(14),设置α=90°,β=0°;调节θ的大小,步长⊿sp,范围为[0-90°),输出KYYαβθ(Y方向渗透率主值)、KZZαβθ(Z方向渗透率主值),得到东西向剖面的渗透率变化。利用公式(1)-(14),设置α=90°,β=90°;调节θ的大小,步长⊿sp,范围为[0-90°),输出KYYαβθ(Y方向渗透率主值)、KZZαβθ(Z方向渗透率主值),得到南北向剖面的渗透率变化。利用公式(1)-(14),设置α范围为[0-90°],β的范围本文档来自技高网...
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【技术保护点】
一种基于井筒裂缝观测的三维裂缝渗透率张量计算模型,所述的步骤如下:1)利用岩心观测、测井资料解释对裂缝的开度测量,确定裂缝的组系特征;依据成像资料、测井或者岩心观察,求取裂缝的线密度;2)在岩心裂缝观测中,对非定向岩心采用古地磁定向、岩层产状法或地层倾角法确定每条裂缝的产状;在成像资料、声波测井解释裂缝时,利用地层倾角测井或者成像测井资料对裂缝定向;3)利用水力压裂法、波速法、声发射法、应力解除法、光弹性应力法等方法对工区现今地应力方位进行了判断,并通过测井、压裂资料以及物理实验计算了关键井现今地应力的数值,利用地震反演、测井解释、岩石力学实验确定岩石的力学属性;在此基础上,利用软件建立有限元模型,采用多井多层段实测地应力的大小、方向为约束条件,对研究区现今地应力场进行了数值模拟;利用模拟结果,确定井筒裂缝发育处的现今地应力大小、方向;利用公式(1)计算裂缝在地下的开度:b=b01+9σn′/σnref+bres---(1)]]>公式(1)中,b为裂缝的现今地下实际开度,单位:m;b0为裂缝的原始开度,单位:m;σ′n为有效正应力,单位:MPa;bres代表裂缝面承受最大有效正应力时的裂缝开度,单位:m;σnref为使裂缝开度减小90%的有效正应力,单位:MPa;4)如图2所示,建立真三维裂缝渗透率张量计算几何模型,设裂缝面Φ的倾角为δ,倾向为ω,以裂缝为参照物建立O‑ABC坐标系(O‑ABC),O‑ABC坐标系中的三个坐标轴分别对应于裂缝面的法线方向(OA轴)、裂缝走向方向(OB轴)、裂缝面内垂直于裂缝走向线的方向(OC轴);设任意渗流面ψ的倾角为α,倾向为β,其单位法向矢量为m;以渗流面ψ为参照物建立坐标系(O‑XYZ),其中,OX轴为渗流面ψ的法线方向,OY轴、OZ轴位于渗流面ψ内,OP为渗流面ψ的走向线,HQ为渗流面ψ的倾斜线,HR为渗流面ψ倾斜线的水平投影;线OS、ON、OE、OW、HR、OH、OP、OB在水平面内,定义θ为渗流面ψ内OY轴与OP轴的夹角,通过调整θ的大小,可以求取裂缝在θ中不同方向的渗透率;5)建立真三维裂缝渗透率张量数学模型:在已知裂缝线密度、地下开度的基础上,单组(单条)裂缝的平行渗透率K可以表示为:K=b3Dlf12---(2)]]>公式(2)中,b为裂缝的现今地下实际开度,单位:m;Dlf为单组裂缝的线密度,条/m;设第i条裂缝的渗透率张量为K,则其在坐标系O‑XYZ中的表达式可表示为:K=(X,Y,Z)·KXYZi·XYZ---(3)]]> 同理,渗透率张量K在坐标系O‑ABC中的表达式可表示为:K=(A,B,C)·KABC·ABC---(4)]]>OA轴在大地坐标系中的三个分量为:a=sinδsinωb=sinδcosωc=cosδ---(5)]]>OX轴在大地坐标系中的三个分量为:e=sinαsinβf=sinαcosβg=cosα---(6)]]>设裂缝的渗透率张量为K,其在O‑ABC坐标系中的表达式可表示为:ABC=abcb-a0-ac-bcsin2δ---(7)]]>同理,渗透率张量K则其在O‑XYZ坐标系中的表达式可表示为:XYZ=efgf cosθ-egsinθ-fgsinθ-ecosθsin2αsinθ-eg cosθ-fsinθesinθ-fgcosθsin2αcosθ---(8)]]>在O‑XYZ坐标系中,每个单元体内单组裂缝的渗透率张量KABC可表示为:KABC=0000K000K---(9)]]>由公式(7)‑(9)可以得到:KXYZi=T·KABC·TT                             (10)其中,O‑ABC坐标系转换为O‑XYZ坐标系的旋转矩阵T可表示为:T=m11m12m13m21m22m23m31m32m33---(11)]]>公式(11)的旋转矩阵T中各参数分别表示为:m11=ae+bf+cgm12=be-afsinδm13=-ace-bcf+g sin2δsinδm21=af cosθ-aeg sinθ-bfg sinθ-becosθ+csin2αsinθsinαm22=bf cosθ-beg sinθ+a...

【技术特征摘要】
1.一种基于井筒裂缝观测的三维裂缝渗透率张量计算模型,所述的步骤如下:1)利用岩心观测、测井资料解释对裂缝的开度测量,确定裂缝的组系特征;依据成像资料、测井或者岩心观察,求取裂缝的线密度;2)在岩心裂缝观测中,对非定向岩心采用古地磁定向、岩层产状法或地层倾角法确定每条裂缝的产状;在成像资料、声波测井解释裂缝时,利用地层倾角测井或者成像测井资料对裂缝定向;3)利用水力压裂法、波速法、声发射法、应力解除法、光弹性应力法等方法对工区现今地应力方位进行了判断,并通过测井、压裂资料以及物理实验计算了关键井现今地应力的数值,利用地震反演、测井解释、岩石力学实验确定岩石的力学属性;在此基础上,利用软件建立有限元模型,采用多井多层段实测地应力的大小、方向为约束条件,对研究区现今地应力场进行了数值模拟;利用模拟结果,确定井筒裂缝发育处的现今地应力大小、方向;利用公式(1)计算裂缝在地下的开度:b=b01+9σn′/σnref+bres---(1)]]>公式(1)中,b为裂缝的现今地下实际开度,单位:m;b0为裂缝的原始开度,单位:m;σ′n为有效正应力,单位:MPa;bres代表裂缝面承受最大有效正应力时的裂缝开度,单位:m;σnref为使裂缝开度减小90%的有效正应力,单位:MPa;4)如图2所示,建立真三维裂缝渗透率张量计算几何模型,设裂缝面Φ的倾角为δ,倾向为ω,以裂缝为参照物建立O-ABC坐标系(O-ABC),O-ABC坐标系中的三个坐标轴分别对应于裂缝面的法线方向(OA轴)、裂缝走向方向(OB轴)、裂缝面内垂直于裂缝走向线的方向(OC轴);设任意渗流面ψ的倾角为α,倾向为β,其单位法向矢量为m;以渗流面ψ为参照物建立坐标系(O-XYZ),其中,OX轴为渗流面ψ的法线方向,OY轴、OZ轴位于渗流面ψ内,OP为渗流面ψ的走向线,HQ为渗流面ψ的倾斜线,HR为渗流面ψ倾斜线的水平投影;线OS、ON、OE、OW、HR、OH、OP、OB在水平面内,定义θ为渗流面ψ内OY轴与OP轴的夹角,通过调整θ的大小,可以求取裂缝在θ中不同方向的渗透率;5)建立真三维裂缝渗透率张量数学模型:在已知裂缝线密度、地下开度的基础上,单组(单条)裂缝的平行渗透率K可以表示为:K=b3Dlf12---(2)]]>公式(2)中,b为裂缝的现今地下实际开度,单位:m;Dlf为单组裂缝的线密度,条/m;设第i条裂缝的渗透率张量为K,则其在坐标系O-XYZ中的表达式可表示为:K=(X,Y,Z)·KXYZi·XYZ---(3)]]>同理,渗透率张量K在坐标系O-ABC中的表达式可表示为:K=(A,B,C)·KABC·ABC---(4)]]>OA轴在大地坐标系中的三个分量为:a=sinδsinωb=sinδcosωc=cosδ---(5)]]>OX轴在大地坐标系中的三个分量为:e=sinαsinβf=sinαcosβg=cosα---(6)]]>设裂缝的渗透率张量为K,其在O-ABC坐标系中的表达式可表示为:ABC=abcb-a0-ac-bcsin2δ---(7)]]>同理,渗透率张量K则其在O-XYZ坐标系中的表达式可表示为:XYZ=efgfcosθ-egsinθ-fgsinθ-ecosθsin2αsinθ-egcosθ-fsinθesinθ-fgcosθsin2αcosθ---(8)]]>在O-XYZ坐标系中,每个单元体内单组裂缝的渗透率张量KABC可表示为:KABC=0000K000K---(9)]]>由公式(7)-(9)可以得到:KXYZi=T·KABC·TT(10)其中,O-ABC坐标系转换为O-XYZ坐标系的旋转矩阵T可表示为:T=m11m12m13m21m22m23m31m32m33---(11)]]>公式(11)的旋转矩阵T中各参数分别表示为:m11=ae+bf+cgm12=be-afsinδm13=-ace-bcf+gsin2δsinδm21=afcosθ-aegsinθ-bfgsinθ-becosθ+csin2αsinθsinαm22=bfcosθ-begsinθ+afgsinθ+aecosθsi...

【专利技术属性】
技术研发人员:刘敬寿丁文龙金林卢霖杨海盟
申请(专利权)人:中国地质大学北京
类型:发明
国别省市:北京;11

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