本发明专利技术涉及非常规油气地震勘探领域，特别涉及一种页岩气地层地应力计算方法，其包括如下步骤：第一步，基于岩石物理理论的正交各向异性介质地应力方程推导；第二步，正交各向异性介质地应力近似表征；第三步，利用方位叠前3D地震数据反演得到的岩石力学参数和各向异性参数，估算正交各向异性介质的水平应力差异比ODHSR。本发明专利技术综合考虑了VTI介质的水平层理特征和HTI介质的裂缝扰动性质，提出了基于正交各向异性介质的水平应力差异比（即，ODHSR，Orthorhombic Differential Horizontal Stress Ratio）的计算公式，实现了ODHSR的求解，这是一种新的页岩气地层地应力评价方法，可有效评价页岩油气储层是否易于压裂成网。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及非常规油气地震勘探领域，特别涉及一种页岩气地层地应力计算方法，具体公开了一个评价非常规页岩气地层是否可压裂成网的重要指示因子，即正交各向异性介质水平应力差异比(ODHSR，OrthorhombicDifferentialHorizontalStressRatio)。
技术介绍
地应力是地球固体介质受重力、多种地球构造动力和天文动力以及探掘工程附加动力的作用,在介质内部单元引起响应变形的力学参数，对非常规页岩油气勘探开发具有重要的影响和意义。起初，由于地应力成因复杂且状态多变，通过数学计算和理论推导计算地应力的大小和方向较为困难，开始采用测量的方法得到地应力。但地应力测量只能得到岩体某点的应力大小和方向，所测得数据是有限的，不能得到连续的地应力剖面。因此，另一种获取地应力数据的手段应运而生，即地应力计算及估算方法。如利用测井资料计算地应力、数值模拟地应力以及刚刚兴起的基于地震资料估算地应力等方法，可以得到沿井深连续分布的分层地应力剖面。为了使计算结果准确，可以用地应力实测的数据进行检验和标定地应力计算结果。现有的计算水平应力差异比主要基于具有对称轴的横向各向异性介质理论，即HTI介质假设。首先，确定地层地震数据中的岩石力学参数，利用方位地震数据反演得到岩石力学参数，然后用反演得到的岩石力学参数计算地层的各向异性弹性参数，最后利用计算得到的地层各向异性参数和岩石力学参数估算最大水平应力、最小水平应力以及水平应力差异比DHSR(即，DHSR，DifferentialHorizontalStressRatio)。该方法没有考虑水平层理对地应力的影响，而实际页岩气地层具有很强的垂向各向异性特征。
技术实现思路
本专利技术综合考虑了VTI介质的水平层理特征和HTI介质的裂缝扰动性质，提出了基于正交各向异性介质的水平应力差异比(即，ODHSR，OrthorhombicDifferentialHorizontalStressRatio)的计算公式，实现了ODHSR的求解，这是一种新的页岩气地层地应力评价方法，可有效评价页岩油气储层是否易于压裂成网。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种页岩气地层地应力计算方法，包括如下步骤：第一步，基于岩石物理理论的正交各向异性介质地应力方程推导：设正交各向异性介质的刚度矩阵为：c11c12c13000c12c22c23000c13c23c33000000c44000000c55000000c66---(1),]]>式(1)中cij为正交各向异性介质的弹性刚度张量。在弹性形变范围内，利用广义虎克定律描述弹性介质应力和应变的关系，将广义虎克定律的一般形式进行变换，得到应变是应力的函数形式，写成矩阵形式为：ϵ1ϵ2ϵ3ϵ4ϵ5ϵ6=ABC000BDE000CEF000000H000000M000000Nσ1σ2σ3σ4σ5σ6---(12),]]>式(12)中，σi是应力张量，εi是应变张量，A=c22c33-c232c11c22c33+2c12c23c13-c11c232-c33c122-c22c132---(3),]]>B=c23c13-c12c33c11c22c33+2c12c23c13-c11c232-c33c122-c22c132---(4),]]>C=c12c23-c22c13c11c22c33+2c12c23c13-c11c232-c33c122-c22c132---(5),]]>D=c11c33-c132c11c22c33+2c12c23c13-c11c232-c33c122-c22c132---(6),]]>E=c12c13-c11c23c11c22c33+2c12c23c13-c11c232-c33c122-c222c13---(7),]]>F=c11c22-c122c11c22c33+2c12c23c13-c11c232-c33c122-c22c132---(8),]]>H=1c44---(9),]]>M=1c55---(10),]]>N=1c66---(11),]]>假设存在垂直方向的主应力和两个水平方向的应力，且假设地下岩石是有界的，不能移动，则水平方向上的应变为零，εx＝ε1＝Aσx+Bσy+Cσz＝0(13)，εy＝ε2＝Bσx+Dσy+Eσz＝0(14)，由方程(13)和(14)得到最小水平应力与最大水平应力分别为：σx=σzBE-CDAD-B2---(15),]]>σy=σzBC-AEAD-B2---(16),]]>垂直地应力表示为：σz=∫0Hgρ(h)d(h)---(17),]]>方程(17)中，h为地层厚度，H为深度，g为重力加速度，ρ为密度；利用方程(15)和(16)从地震数据直接计算正交各向异性介质的水平应力差异比ODHSR，ODHSR的计算公式如下所示：ODHSR=σy-σxσy=C(B+D)-E(A+B)BC-AE---(18),]]>正交各向异性弹性介质的矩阵有九个相对独立的弹性参数来确定，设用两个垂向速度和七个无量纲的参数来表征正交各向异性介质弹性性质，具体定义为：VP0=c33ρ---(19),]]>VS0=c55ρ---(20),]]>ϵ(1)=c22-c332c33---(21),]]>ϵ(2)=c11-c332c33---(22),]]>γ(1)=c66-c552c55---(23),]]>γ(2)=c66-c442c44---(24),]]>δ(1)=(c23+c44)2-(c33-c44)22c33(c33-c44)---(25),]]>δ(2)=(c13+c55)2-(c33-c55)22c33(c33-c55)---(26),]]>δ(3)=(c12+c66)2-(c11-c66)22c11(c11-c66)---(27),]]>其中，VP0表示为准纵波的垂直速度；VS0表示为极化方向为x方向的准横波垂直速度；ε、γ和δ表示介质各向异性强度的三个无量纲因子，它们与TI介质Thomsen参数意义相同，上标(1)、(2)、(3)分别表示对应面的法线方向为x、y、z方向，将正交各向异性介质的弹性刚度张量表示为：c11=VP02ρ(1+2ϵ(2))---(28),]]>c22=VP02ρ(1+2ϵ(1))---(29),]]>c33=VP02ρ---(30),]]>c44=VS02ρ(1+2γ(1))1+2γ(2)---(31),]]>c55=VS02ρ---(32),]]>c66=VS02ρ(1+2γ(1))---(33),]]>f=1-VS02VP02=c33-c55c33---(34),]]>c12=VP02ρ2(1+2本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种页岩气地层地应力计算方法，其特征在于，其包括如下步骤：第一步，基于岩石物理理论的正交各向异性介质地应力方程推导：设正交各向异性介质的刚度矩阵为：c11c12c13000c12c22c23000c13c23c33000000c44000000c55000000c66---(1),]]>式(1)中cij为正交各向异性介质的弹性刚度张量，在弹性形变范围内，利用广义虎克定律描述弹性介质应力和应变的关系，将广义虎克定律的一般形式进行变换，得到应变是应力的函数形式，写成矩阵形式为：ϵ1ϵ2ϵ3ϵ4ϵ5ϵ6=ABC000BDE000CEF000000H000000M000000Nσ1σ2σ3σ4σ5σ6---(12),]]>式(12)中，σi是应力张量，εi是应变张量，A=c22c33-c232c11c22c33+2c12c23c13-c11c232-c33c122-c22c132---(3),]]>B=c23c13-c12c33c11c22c33+2c12c23c13-c11c232-c33c122-c22c132---(4),]]>C=c12c23-c22c13c11c22c33+2c12c23c13-c11c232-c33c122-c22c132---(5),]]>D=c11c33-c132c11c22c33+2c12c23c13-c11c232-c33c122-c22c132---(6),]]>E=c12c13-c11c23c11c22c33+2c12c23c13-c11c232-c33c122-c22c132---(7),]]>F=c11c22-c122c11c22c33+2c12c23c13-c11c232-c33c122-c22c132---(8),]]>H=1c44---(9),]]>M=1c55---(10),]]>N=1c66---(11),]]>假设存在垂直方向的主应力和两个水平方向的应力，且假设地下岩石是有界的，不能移动，则水平方向上的应变为零，εx＝ε1＝Aσx+Bσy+Cσz＝0 (13)，εy＝ε2＝Bσx+Dσy+Eσz＝0 (14)，由方程(13)和(14)得到最小水平应力与最大水平应力分别为：σx=σzBE-CDAD-B2---(15),]]>σy=σzBC-AEAD-B2---(16),]]>垂直地应力表示为：σz=∫0Hgρ(h)d(h)---(17),]]>方程(17)中，h为地层厚度，H为深度，g为重力加速度，ρ为密度；利用方程(15)和(16)从地震数据直接计算正交各向异性介质的水平应力差异比ODHSR，ODHSR的计算公式如下所示：ODHSR=σy-σxσy=C(B+D)-E(A+B)BC-AE---(18),]]>正交各向异性弹性介质的矩阵有九个相对独立的弹性参数来确定，设用两个垂向速度和七个无量纲的参数来表征正交各向异性介质弹性性质，具体定义为：VP0=c33ρ---(19),]]>VS0=c55ρ---(20),]]>ϵ(1)=c22-c332c33---(21),]]>ϵ(2)=c11-c332c33---(22),]]>γ(1)=c66-c552c55---(23),]]>γ(2)=c66-c442c44---(24),]]>δ(1)=(c23+c44)2-(c33-c44)22c33(c33-c44)---(25),]]>δ(2)=(c13+c55)2-(c33-c55)22c33(c33-c55)---(26),]]>δ(3)=(c12+c66)2-(c11-c66)22c11(c11-c66)---(27),]]>其中，VP0表示为准纵波的垂直速度；VS0表示为极化方向为x方向的准横波垂直速度；ε、γ和δ表示介质各向异性强度的三个无量纲因子，它们与TI介质Thomsen参数意义相同，上标(1)、(2)、(3)分别表示对应面的法线方向为x、y、z方向，将正交各向异性介质的弹性刚度张量表示为：c11=VP02ρ(1+2ϵ(2))---(28),]]>c22=VP02ρ(1+2ϵ(1))---(29),]]>c33=VP02ρ---(30),]]>c44=VS02ρ(1+2&...
【技术特征摘要】
1.一种页岩气地层地应力计算方法，其特征在于，其包括如下步骤：第一步，基于岩石物理理论的正交各向异性介质地应力方程推导：设正交各向异性介质的刚度矩阵为：c11c12c13000c12c22c23000c13c23c33000000c44000000c55000000c66---(1),]]>式(1)中cij为正交各向异性介质的弹性刚度张量，在弹性形变范围内，利用广义虎克定律描述弹性介质应力和应变的关系，将广义虎克定律的一般形式进行变换，得到应变是应力的函数形式，写成矩阵形式为：ϵ1ϵ2ϵ3ϵ4ϵ5ϵ6=ABC000BDE000CEF000000H000000M000000Nσ1σ2σ3σ4σ5σ6---(12),]]>式(12)中，σi是应力张量，εi是应变张量，A=c22c33-c232c11c22c33+2c12c23c13-c11c232-c33c122-c22c132---(3),]]>B=c23c13-c12c33c11c22c33+2c12c23c13-c11c232-c33c122-c22c132---(4),]]>C=c12c23-c22c13c11c22c33+2c12c23c13-c11c232-c33c122-c22c132---(5),]]>D=c11c33-c132c11c22c33+2c12c23c13-c11c232-c33c122-c22c132---(6),]]>E=c12c13-c11c23c11c22c33+2c12c23c13-c11c232-c33c122-c22c132---(7),]]>F=c11c22-c122c11c22c33+2c12c23c13-c11c232-c33c122-c22c132---(8),]]>H=1c44---(9),]]>M=1c55---(10),]]>N=1c66---(11),]]>假设存在垂直方向的主应力和两个水平方向的应力，且假设地下岩石是有界的，不能移动，则水平方向上的应变为零，εx＝ε1＝Aσx+Bσy+Cσz＝0(13)，εy＝ε2＝Bσx+Dσy+Eσz＝0(14)，由方程(13)和(14)得到最小水平应力与最大水平应力分别为：σx=σzBE-CDAD-B2---(15),]]>σy=σzBC-AEAD-B2---(16),]]>垂直地应力表示为：σz=∫0Hgρ(h)d(h)---(17),]]>方程(17)中，h为地层厚度，H为深度，g为重力加速度，ρ为密度；利用方程(15)和(16)从地震数据直接计算正交各向异性介质的水平应力差异比ODHSR，ODHSR的计算公式如下所示：ODHSR=σy-σxσy=C(B+D)-E(A+B)BC-AE---(18),]]>正交各向异性弹性介质的矩阵有九个相对独立的弹性参数来确定，设用两个垂向速度和七个无量纲的参数来表征正交各向异性介质弹性性质，具体定义为：VP0=c33ρ---(19),]]>VS0=c55ρ---(20),]]>ϵ(1)=c22-c332c33---(21),]]>ϵ(2)=c11-c332c33---(22),]]>γ(1)=c66-c552c55---(23),]]>γ(2)=c66-c442c44---(24),]]>δ(1)=(c23+c44)2-(c33-c44)22c33(c33-c44)---(25),]]>δ(2)=(c13+c55)2-(c33-c55)22c33(c33-c55)---(26),]]>δ(3)=(c12+c66)2-(c11-c66)22c11(c11-c66)---(27...
【专利技术属性】
技术研发人员：宗兆云，印兴耀，吴国忱，马妮，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：山东;37
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。