一种页岩储层地应力预测建模系统技术方案

本发明专利技术公开了一种页岩储层地应力预测建模系统，包括单片机控制器和综合数据采集器，单片机控制器分别与综合数据采集器、数据处理器、RAM存储器、ROM存储器、数据库、计时器和无线射频收发器电性连接，单片机控制器的输出端与应力模拟器的输入端电性连接，无线射频收发器通过GPRS网络与外部设备连接，第一数据采集器的输入端与距离传感器的输出端电性连接，第二数据采集器的输入端与孔隙压力传感器的输出端电性连接，第三数据采集器的输入端与应力传感器的输出端电性连接，第四数据采集器的输入端与应变式传感器的输出端电性连接，该发明专利技术智能化程度较高，能够有效地对页岩储层地应力建模分析。

A method for predicting in-situ stress of shale reservoir

The invention discloses a stress of shale reservoir prediction modeling system, including single chip microcontroller and integrated data acquisition, SCM controller is respectively connected with the integrated data acquisition, data processor, RAM memory, ROM memory, database, timer and wireless RF transceiver is electrically connected with the output end of the SCM controller stress simulator input electrical connection, wireless RF transceiver by GPRS network connected to an external device, the input end of the first data collector and the distance to the output end of the sensor is electrically connected with the second input end of the data acquisition device with pore pressure sensor output end is electrically connected, third input data collector and stress sensor output power connect the input and the strain sensor data acquisition of the fourth output end is electrically connected, the invention of intelligence The model can be used for modeling and analysis of ground stress in shale reservoirs.

【技术实现步骤摘要】
一种页岩储层地应力预测建模方法
本专利技术属于页岩气开采
，尤其涉及一种页岩储层地应力预测建模方法。
技术介绍
目前，常规能源的开发和利用已逐渐不能满足现代工业的发展需求，勘探开发的重点投向了难以开采的页岩气。页岩是一种沉积岩，成分复杂，但都具有薄页状或薄片状的节理，主要是由黏土沉积经压力和温度形成的岩石，但其中混杂有石英、长石的碎屑以及其他矿物。页岩储层是一种低孔隙度和特低渗透率的致密储层，其生产完全依赖于压裂效果。对于页岩进行压裂施工必须对页岩起裂的规律有足够的认识，其中地应力模型是指导页岩压裂施工的极为重要的理论基础。目前地应力预测模型大部分建立在地层均质各项同性的基础上，然而页岩储层具有较强的非均质性和各项性。因此，其计算结果并不十分准确，对地应力的描述并不全面，不能完全的描述横观各向同性地层的地应力的特征，且建模的过程中，智能化程度较低，对探测孔数据的读取与测量多为工作人员操作，采集数据种类较少，数据不全面，人为误差大，效率较低，不利于工程施工进度。因此，如何能够对页岩储层地应力进行有效地预测分析，以及如何提高预测准确率和预测效率是现今应解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种页岩储层地应力预测建模方法，旨在解决目前地应力预测模型大部分建立在地层均质各项同性的基础上，然而页岩储层具有较强的非均质性和各项性。因此，其计算结果并不十分准确，对地应力的描述并不全面，不能完全的描述横观各向同性地层的地应力的特征，且建模的过程中，智能化程度较低，对探测孔数据的读取与测量多为工作人员操作，采集数据种类较少，数据不全面，人为误差大，效率较低，不利于工程施工进度的问题。本专利技术是这样实现的，一种页岩储层地应力预测建模系统，包括单片机控制器和综合数据采集器，所述单片机控制器分别与综合数据采集器、数据处理器、RAM存储器、ROM存储器、数据库、计时器和无线射频收发器电性连接；所述单片机控制器的输入端与供电电源的输出端电性连接，所述单片机控制器的输出端与应力模拟器的输入端电性连接；所述综合数据采集器的输入端分别与第一数据采集器、第二数据采集器、第三数据采集器和第四数据采集器的输出端电性连接；所述无线射频收发器通过GPRS网络与外部设备连接，所述第一数据采集器的输入端与距离传感器的输出端电性连接；所述第二数据采集器的输入端与孔隙压力传感器的输出端电性连接，所述第三数据采集器的输入端与应力传感器的输出端电性连接；所述第四数据采集器的输入端与应变式传感器的输出端电性连接。所述距离传感器、孔隙压力传感器、应力传感器和应变式传感器均至少为一个，所述单片机控制器的输入端与GPS定位器的输出端电性连接；所述页岩储层地应力预测建模系统的页岩储层地应力预测建模方法包括：步骤一、测量油气藏的岩石力学参数，统计所述油气藏的岩体力学性质影响参数；步骤二、将页岩试件放在抽真空饱和装置中，利用饱和液体进行饱和；步骤三、在所述页岩试件上安装轴向变形传感器和径向变形传感器，并将所述岩石试件放入岩石三轴试验机的三轴室内，对所述岩体试样施加与所述岩体试样所处地层深度相对应的围压；步骤四、按照多个温度值由高到低的顺序，依次将高压腔内的温度降低到多个温度值下，按照预设加载速率对岩体试样加载轴压，得到岩体试样在各温度值下的力学参数；步骤五、通过测井复杂岩性分析程序进行测井解释，获得矿物体积、岩石孔隙度、流体饱和度、干酪根体积，进而求得矿物在岩石中的体积分数，所述矿物包括粘土、石英、方解石；使用交会分析获得每个矿物的弹性模量和密度，使用已知的经验值作为孔隙中流体的弹性模量和密度，所述弹性模量指体积模量、剪切模量；步骤六、取2倍洞径以外典型的原岩岩饼至少3块，要求各岩饼的孔深相差在1m以内，岩饼形态类似，记录每个岩饼发生处的埋深和孔深；步骤七、确定每个岩饼三个主应力的方向，做岩石的巴西圆盘劈裂试验，确定每个岩饼的岩石抗拉强度St，确定每个岩饼三个主应力的大小；步骤八、从阵列声波测井的波形资料中提取纵波时差Δtc和横波时差Δts；步骤九、根据纵波时差Δtc和横波时差Δts，结合阵列声波测井资料中的密度ρ，计算动态杨氏模量Ed和动态泊松比PRd；步骤十、统计所述油气藏岩体力学性质影响参数，包括内部影响参数和外部影响参数，内部影响参数包括岩石成分特征参数，岩石结构特征参数，岩石构造特征参数以及岩石孔隙裂缝特征参数，外部影响参数包括温度特征参数，围压特征参数，孔隙流体特征参数以及孔隙压力特征参数；步骤十一、根据岩石力学参数采集的数据以及统计的岩体力学性质影响参数建立油气藏的页岩储层地应力物理模型；岩体力学性质影响参数包括内部影响参数和外部影响参数；所述内部影响参数包括岩石成分特征参数，岩石结构特征参数，岩石构造特征参数以及岩石孔隙裂缝特征参数；所述外部影响参数包括温度特征参数，围压特征参数，孔隙流体特征参数以及孔隙压力特征参数；按照如下公式计算岩石摩擦系数：其中，σ1为残余强度；σ2为围压；p0为孔隙压力；σ为裂缝面上的正应力；τ为裂缝面上的剪应力；β为裂缝面和端面的夹角；μ为岩石摩擦系数。岩石力学参数包括岩石弹性参数，所述岩石弹性参数包括杨氏模量、泊松比和Biot系数，所述Biot系数用于表征孔隙弹性参数；所述岩石力学参数的各向异性强度包括杨氏模量各向异性强度、泊松比各向异性强度和Biot系数各向异性强度；所述岩石力学参数的各向异性强度通过如下公式计算获得：其中，Ek为杨氏模量各向异性强度；Eh为水平方向杨氏模量；Ev为垂直方向杨氏模量；μk为泊松比各向异性强度；μh为水平方向泊松比；μv为垂直方向泊松比；算动态杨氏模量Ed，按照如下公式进行计算：式中：Ed—动态杨氏模量，Δts—横波时差，Δtc—纵波时差，ρ—密度。进一步，所述无线射频收发器设置有信号相位计算模块，所述相位计算模块的相位计算方法包括：第k通道第n路信号Sk.n(t)的表达式为：Sk.n(t)＝expj{ω0(t+τk+nTs)+1/2μ(t+τk+nTs)2},k＝0,1,...；n＝0,1,2,...其中，ω0是输出波形的初始角速度，t是时间，n表示每通道中路数的序号，μ表示调频斜率，Ts是采样周期，τk表示第k通道信号起始相位对应的时间差；第k通道第n路信号的相位作如下变换：令Pk.n＝μ(τk+nTs)、Qk.n＝ω0(τk+nTs)+1/2μ(τk+nTs)2，则上式可化为：其中为基准相位，当信号属性参数固定时，Pk.n、Qk.n为定值；其他路的波形输出均看做在基本相位的基础上增加一个偏移相位得到。进一步，所述综合数据采集器设置有联合估计单元，所述联合估计单元的联合估计方法包括：目标信号DOA估计、波达信号时延TD估计和多谱勒频率fd估计三者联合估计方法；首先，对将阵列天线的接收到的能量衰减得非常厉害的非目标反射信号，经过小波分析的分解、自适应阈值选择以及重构从而检测和提取弱信号，所述小波分析将接收到的弱信号分成高频部分和低频部分，通过多层分解，重构时将每层的高频部分按照不同的阈值进行取舍，超出阈值的部分取阈值，低于阈值的部分取实际的值；第二步，对多普勒频率进行估计：通过前期的弱信号检测，对接收到的提高了信号的信噪比的目标反射信号中，含有的在频率上有差别的多谱勒频率本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种页岩储层地应力预测建模系统，包括单片机控制器和综合数据采集器，其特征在于，所述单片机控制器分别与综合数据采集器、数据处理器、RAM存储器、ROM存储器、数据库、计时器和无线射频收发器电性连接；所述单片机控制器的输入端与供电电源的输出端电性连接，所述单片机控制器的输出端与应力模拟器的输入端电性连接；所述综合数据采集器的输入端分别与第一数据采集器、第二数据采集器、第三数据采集器和第四数据采集器的输出端电性连接；所述无线射频收发器通过GPRS网络与外部设备连接，所述第一数据采集器的输入端与距离传感器的输出端电性连接；所述第二数据采集器的输入端与孔隙压力传感器的输出端电性连接，所述第三数据采集器的输入端与应力传感器的输出端电性连接；所述第四数据采集器的输入端与应变式传感器的输出端电性连接；所述距离传感器、孔隙压力传感器、应力传感器和应变式传感器均至少为一个，所述单片机控制器的输入端与GPS定位器的输出端电性连接；所述页岩储层地应力预测建模系统的页岩储层地应力预测建模方法包括：步骤一、测量油气藏的岩石力学参数，统计所述油气藏的岩体力学性质影响参数；步骤二、将页岩试件放在抽真空饱和装置中，利用饱和液体进行饱和；步骤三、在所述页岩试件上安装轴向变形传感器和径向变形传感器，并将所述岩石试件放入岩石三轴试验机的三轴室内，对所述岩体试样施加与所述岩体试样所处地层深度相对应的围压；步骤四、按照多个温度值由高到低的顺序，依次将高压腔内的温度降低到多个温度值下，按照预设加载速率对岩体试样加载轴压，得到岩体试样在各温度值下的力学参数；步骤五、通过测井复杂岩性分析程序进行测井解释，获得矿物体积、岩石孔隙度、流体饱和度、干酪根体积，进而求得矿物在岩石中的体积分数，所述矿物包括粘土、石英、方解石；使用交会分析获得每个矿物的弹性模量和密度，使用已知的经验值作为孔隙中流体的弹性模量和密度，所述弹性模量指体积模量、剪切模量；步骤六、取2倍洞径以外典型的原岩岩饼至少3块，要求各岩饼的孔深相差在1m以内，岩饼形态类似，记录每个岩饼发生处的埋深和孔深；步骤七、确定每个岩饼三个主应力的方向，做岩石的巴西圆盘劈裂试验，确定每个岩饼的岩石抗拉强度St，确定每个岩饼三个主应力的大小；步骤八、从阵列声波测井的波形资料中提取纵波时差Δtc和横波时差Δts；步骤九、根据纵波时差Δtc和横波时差Δts，结合阵列声波测井资料中的密度ρ，计算动态杨氏模量Ed和动态泊松比PRd；步骤十、统计所述油气藏岩体力学性质影响参数，包括内部影响参数和外部影响参数，内部影响参数包括岩石成分特征参数，岩石结构特征参数，岩石构造特征参数以及岩石孔隙裂缝特征参数，外部影响参数包括温度特征参数，围压特征参数，孔隙流体特征参数以及孔隙压力特征参数；步骤十一、根据岩石力学参数采集的数据以及统计的岩体力学性质影响参数建立油气藏的页岩储层地应力物理模型；岩体力学性质影响参数包括内部影响参数和外部影响参数；所述内部影响参数包括岩石成分特征参数，岩石结构特征参数，岩石构造特征参数以及岩石孔隙裂缝特征参数；所述外部影响参数包括温度特征参数，围压特征参数，孔隙流体特征参数以及孔隙压力特征参数；按照如下公式计算岩石摩擦系数：...

【技术特征摘要】
1.一种页岩储层地应力预测建模系统，包括单片机控制器和综合数据采集器，其特征在于，所述单片机控制器分别与综合数据采集器、数据处理器、RAM存储器、ROM存储器、数据库、计时器和无线射频收发器电性连接；所述单片机控制器的输入端与供电电源的输出端电性连接，所述单片机控制器的输出端与应力模拟器的输入端电性连接；所述综合数据采集器的输入端分别与第一数据采集器、第二数据采集器、第三数据采集器和第四数据采集器的输出端电性连接；所述无线射频收发器通过GPRS网络与外部设备连接，所述第一数据采集器的输入端与距离传感器的输出端电性连接；所述第二数据采集器的输入端与孔隙压力传感器的输出端电性连接，所述第三数据采集器的输入端与应力传感器的输出端电性连接；所述第四数据采集器的输入端与应变式传感器的输出端电性连接；所述距离传感器、孔隙压力传感器、应力传感器和应变式传感器均至少为一个，所述单片机控制器的输入端与GPS定位器的输出端电性连接；所述页岩储层地应力预测建模系统的页岩储层地应力预测建模方法包括：步骤一、测量油气藏的岩石力学参数，统计所述油气藏的岩体力学性质影响参数；步骤二、将页岩试件放在抽真空饱和装置中，利用饱和液体进行饱和；步骤三、在所述页岩试件上安装轴向变形传感器和径向变形传感器，并将所述岩石试件放入岩石三轴试验机的三轴室内，对所述岩体试样施加与所述岩体试样所处地层深度相对应的围压；步骤四、按照多个温度值由高到低的顺序，依次将高压腔内的温度降低到多个温度值下，按照预设加载速率对岩体试样加载轴压，得到岩体试样在各温度值下的力学参数；步骤五、通过测井复杂岩性分析程序进行测井解释，获得矿物体积、岩石孔隙度、流体饱和度、干酪根体积，进而求得矿物在岩石中的体积分数，所述矿物包括粘土、石英、方解石；使用交会分析获得每个矿物的弹性模量和密度，使用已知的经验值作为孔隙中流体的弹性模量和密度，所述弹性模量指体积模量、剪切模量；步骤六、取2倍洞径以外典型的原岩岩饼至少3块，要求各岩饼的孔深相差在1m以内，岩饼形态类似，记录每个岩饼发生处的埋深和孔深；步骤七、确定每个岩饼三个主应力的方向，做岩石的巴西圆盘劈裂试验，确定每个岩饼的岩石抗拉强度St，确定每个岩饼三个主应力的大小；步骤八、从阵列声波测井的波形资料中提取纵波时差Δtc和横波时差Δts；步骤九、根据纵波时差Δtc和横波时差Δts，结合阵列声波测井资料中的密度ρ，计算动态杨氏模量Ed和动态泊松比PRd；步骤十、统计所述油气藏岩体力学性质影响参数，包括内部影响参数和外部影响参数，内部影响参数包括岩石成分特征参数，岩石结构特征参数，岩石构造特征参数以及岩石孔隙裂缝特征参数，外部影响参数包括温度特征参数，围压特征参数，孔隙流体特征参数以及孔隙压力特征参数；步骤十一、根据岩石力学参数采集的数据以及统计的岩体力学性质影响参数建立油气藏的页岩储层地应力物理模型；岩体力学性质影响参数包括内部影响参数和外部影响参数；所述内部影响参数包括岩石成分特征参数，岩石结构特征参数，岩石构造特征参数以及岩石孔隙裂缝特征参数；所述外部影响参数包括温度特征参数，围压特征参数，孔隙流体特征参数以及孔隙压力特征参数；按照如下公式计算岩石摩擦系数：其中，σ1为残余强度；σ2为围压；p0为孔隙压力；σ为裂缝面上的正应力；τ为裂缝面上的剪应力；β为裂缝面和端面的夹角；μ为岩石摩擦系数；岩石力学参数包括岩石弹性参数，所述岩石弹性参数包括杨...

【专利技术属性】
技术研发人员：李相臣，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：四川,51