基于地质力学特征空间展布的全三维压裂设计方法技术

本发明专利技术提供一种基于地质力学特征空间展布的全三维压裂设计方法，包括：步骤1，建立单井岩石力学模型，并进行模型验证；步骤2：建立单井地应力模型，并进行模型验证；步骤3：进行储层精细构造解释；步骤4：利用地质建模软件进行地层及构造建模；步骤5：建立储层参数模型，并进行模型验证；步骤6：将三维地质力学数据转换为平面数据；步骤7：利用全三维压裂设计软件设计，并进行裂缝参数验证。该基于地质力学特征空间展布的全三维压裂设计方法将地质建模技术和压裂优化技术进行有效的整合，通过建立三维地质力学场，实现了全三维压裂优化设计，模拟生成的裂缝形态更加真实，提高了压裂设计水平。

【技术实现步骤摘要】
基于地质力学特征空间展布的全三维压裂设计方法
本专利技术涉及石油与天然气开发
，特别是涉及到一种基于地质力学特征空间展布的全三维压裂设计方法。
技术介绍
水压裂缝的几何形态是影响压裂效果的主要因素之一。经济有效的压裂，应尽可能让裂缝在储层延伸，并且应防止裂缝穿透水层和低压渗透层，如果裂缝贯穿水层或穿透隔层，不仅导致压裂作业失败，还将造成油层压力体系的破坏。水力压裂作业失败的一个主要原因是未能对裂缝几何形态实现有效地控制和预测。裂缝的形态研究是建立裂缝延伸模型和对其进行数学求解的两个过程的结合。从上个世纪50年代至80年代末，国内外学者研究了描述水力压裂的几何形态和延伸规律的二维模型、拟三维模型和全三维模型，90年代基于裂缝模型开发出了拟三维、全三维压裂设计优化软件。由于三维模型反映了岩石的真实变形和流体流动，所以可以更为准确地反映裂缝的几何形态。虽然目前压裂优化设计中都采用了拟三维/全三维的方法，但在实际压裂设计模拟中都假设地层为均质储层，这显然与实际地层的情况不符。一方面是由于压裂设计软件功能所限，只能采取均质网格，这也是大多数压裂设计软件默认的网格类型；另一方面，对于基于网格化的压裂设计软件，如GOHFER软件，将储层划分为单位网格，可以修改网格属性，实现非均质性的模拟，但是常规的测井曲线只是反映的井筒出的岩石属性，即使采取了网格技术，计算时也常常采取均匀网格进行计算。为此我们专利技术了一种新的基于地质力学特征空间展布的全三维压裂设计方法，解决了以上技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种旨在实现提高压裂设计水平的方法，将地质建模技术和压裂优化技术进行有效的整合，通过建立三维地质力学场，实现了全三维压裂优化设计，模拟生成的裂缝形态更加真实。本专利技术的目的可通过如下技术措施来实现：基于地质力学特征空间展布的全三维压裂设计方法，该基于地质力学特征空间展布的全三维压裂设计方法包括：步骤1，建立单井岩石力学模型，并进行模型验证；步骤2：建立单井地应力模型，并进行模型验证；步骤3：进行储层精细构造解释；步骤4：利用地质建模软件进行地层及构造建模；步骤5：建立储层参数模型，并进行模型验证；步骤6：将三维地质力学数据转换为平面数据；步骤7：利用全三维压裂设计软件设计，并进行裂缝参数验证。本专利技术的目的还可通过如下技术措施来实现：在步骤1中，岩石力学模型包括横波速度模型、密度模型、杨氏模量和泊松比模型；建立横波速度模型的方法有两种，分别是经验公式求取法和应用岩石物理模型求取法；密度计算模型为采用Gardner公式；杨氏模量和泊松比模型为根据纵波速度、横波速度和密度进行计算。在步骤1中，岩石力学模型验证包括模型选择和结果对比；横波速度模型验证包括计算横波速度与横波测井结果进行对比，优选最适合的模型；密度模型验证包括利用实测密度测井曲线拟合Gardner公式系数；杨氏模量和泊松比验证为利用实测杨氏模量模型和泊松比结果与利用横波速度模型或者密度模型计算结果进行对比，验证横波速度和密度模型。在步骤2中，地应力模型验证包括地应力模型选择和结果对比；地应力模型采用如下公式：其中，σV为上覆岩层压力,MPa；σH为最大水平主地应力,MPa；σh为最小水平主地应力，MPa；ρ(h)为地层密度，g/cm3；Pp为地层孔隙压力，MPa；ν为地层的静态泊松比，无量纲；α为有效应力系数，无量纲；β、γ为构造应力系数，无量纲；利用室内实验结果测定的地应力值反算β、γ值大小。利用β、γ系数值计算地应力，与现场施工计算地应力值作比较，验证模型。在步骤3中，精细构造解释包括统一主要标准反射层，建立反射层构造图；利用钻井、测井、电测解释成果这些信息与合成记录一起进行综合标定，包括基础工作的准备、精细合成记录的制作、时深关系及速度参数的输出、二次标定；构造解释过程为采用三维精细构造解释技术，完成反射层构造图。在步骤4中，地层建模包括确定统一的地层划分与对比标准；通过地层对比明确地层接触关系，搞清地层纵向横向变化情况，确定统一的地层划分与对比标准，建立正确合理的地层格架。在步骤4中，构造建模包括建立断层模型和层面模型；构造模型研究是以地层划分与对比解释的断层及层面数据为输入数据源，建立断层模型和层面模型，研究地层厚度变化规律、层间接触关系和断裂系统发育特征，为建模提供三维骨架；建立构造模型包括断面建模、网格设计、层面建模；层面模型应用多重网格逼近法。在步骤5中，建立储层参数模型包括储层参数建模方法选择；储层参数建模中采用相控建模的原则，针对不同的流动单元类型赋予不同的参数分布，以反映不同流动单元内部储层参数空间变化的差异性；岩石物理参数随机建模方法采用序贯高斯方法模拟。在步骤5中，储层参数包括储层物性参数和地质力学参数；储层物性参数包括孔隙度、渗透率；地质力学参数包括杨氏模量、泊松比和最小主应力。在步骤5中，储层参数模型验证包括预测参数与实际测井参数进行对比；在模型验证中，首先以不包括检验井在内的井资料为基础，应用序贯高斯模拟算法建立各种参数的属性模型，并将检验井轨迹处的属性提取出来，同实际测井结果进行对比。在步骤6中，平面数据包括最大主应力方向所在平面的属性数据；地质建模软件采用的是角点网格，而压裂设计软件读取的是平面属性，需要进行数据格式转换；常用的数据转换方法有两种，一种是利用地质建模软件转换，一种是直接读取角点网格文件进行转换。在步骤7中，全三维压裂设计软件进行优化设计包括导入地质力学平面数据和进行压裂裂缝形态模拟；利用三维地质力学设计方法与常规设计方法与存在显著区别，采用三维力学数据模拟的裂缝形态不再是对称的双翼缝。在步骤7中，裂缝参数验证包括将压裂设计模拟的裂缝参数与现场监测的裂缝参数进行对比，对比设计双翼裂缝长度和监测的裂缝左翼和右翼长度。本专利技术中的基于地质力学特征空间展布的全三维压裂设计方法，建立一套三维地质力学数值模拟方法，即克服了用室内实验求取岩石力学参数费用高、周期长的缺陷，也解决了目前常用有限元方法预测精度差的缺点。该方法改变了常规的压裂设计方法，将地质建模技术和压裂设计优化技术有机的结合起来，利用地质建模方法，实现三维地质力学的随机模拟，利用基于网格化的全三维压裂设计软件，真正实现水力裂缝的空间模拟。该方法的建立，不仅为压裂设计提供了准确的物性和力学参数，也可以为钻井、完井与油气开发方案的制定和工程施工措施提供重要依据。附图说明图1为本专利技术的基于地质力学特征空间展布的全三维压裂设计方法的一具体实施例的流程图；图2是本专利技术的一具体实施例中计算横波与实测横波对比图；图3是本专利技术的一具体实施例中计算密度曲线与实测密度曲线对比图；图4是本专利技术的一具体实施例中计算剪切模量、杨氏模量与实测剪切模量、杨氏模量对比图；图5是本专利技术的一具体实施例中建立的层面模型图；图6是本专利技术的一具体实施例中储层地质力学参数模型图；图7是本专利技术的一具体实施例中储层地质力学本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于地质力学特征空间展布的全三维压裂设计方法，其特征在于，该基于地质力学特征空间展布的全三维压裂设计方法包括：/n步骤1，建立单井岩石力学模型，并进行模型验证；/n步骤2：建立单井地应力模型，并进行模型验证；/n步骤3：进行储层精细构造解释；/n步骤4：利用地质建模软件进行地层及构造建模；/n步骤5：建立储层参数模型，并进行模型验证；/n步骤6：将三维地质力学数据转换为平面数据；/n步骤7：利用全三维压裂设计软件设计，并进行裂缝参数验证。/n

【技术特征摘要】
1.基于地质力学特征空间展布的全三维压裂设计方法，其特征在于，该基于地质力学特征空间展布的全三维压裂设计方法包括：
步骤1，建立单井岩石力学模型，并进行模型验证；
步骤2：建立单井地应力模型，并进行模型验证；
步骤3：进行储层精细构造解释；
步骤4：利用地质建模软件进行地层及构造建模；
步骤5：建立储层参数模型，并进行模型验证；
步骤6：将三维地质力学数据转换为平面数据；
步骤7：利用全三维压裂设计软件设计，并进行裂缝参数验证。


2.根据权利要求1所述的基于地质力学特征空间展布的全三维压裂设计方法，其特征在于，在步骤1中，岩石力学模型包括横波速度模型、密度模型、杨氏模量和泊松比模型；建立横波速度模型的方法有两种，分别是经验公式求取法和应用岩石物理模型求取法；密度计算模型为采用Gardner公式；杨氏模量和泊松比模型为根据纵波速度、横波速度和密度进行计算。


3.根据权利要求2所述的基于地质力学特征空间展布的全三维压裂设计方法，其特征在于，在步骤1中，岩石力学模型验证包括模型选择和结果对比；横波速度模型验证包括计算横波速度与横波测井结果进行对比，优选最适合的模型；密度模型验证包括利用实测密度测井曲线拟合Gardner公式系数；杨氏模量和泊松比验证为利用实测杨氏模量模型和泊松比结果与利用横波速度模型或者密度模型计算结果进行对比，验证横波速度和密度模型。


4.根据权利要求1所述的基于地质力学特征空间展布的全三维压裂设计方法，其特征在于，在步骤2中，地应力模型验证包括地应力模型选择和结果对比；地应力模型采用如下公式：



其中，σV为上覆岩层压力,MPa；σH为最大水平主地应力,MPa；σh为最小水平主地应力,MPa；ρ(h)为地层密度，g/cm3；Pp为地层孔隙压力,MPa；v为地层的静态泊松比，无量纲；α为有效应力系数，无量纲；β、γ为构造应力系数，无量纲；利用室内实验结果测定的地应力值反算β、γ值大小；利用β、γ系数值计算地应力，与现场施工计算地应力值作比较，验证模型。


5.根据权利要求1所述的基于地质力学特征空间展布的全三维压裂设计方法，其特征在于，在步骤3中，精细构造解释包括统一主要标准反射层，建立反射层构造图；利用钻井、测井、电测解释成果这些信息与合成记录一起进行综合标定，包括基础工作的准备、精细合成记录的制作、时深关系及速度参数的输出、二次标定；构造解释过程为采用三维精细构造解释技术，完成反射层构造图。


6.根据权利要求1所述的基于地质力学特征空间展布的全三维压裂设计方法，其特征在于，在步骤4中...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟庆民，陈勇，曹功泽，苏权生，钟安海，赵丽，张雪松，卢娜娜，王昊，丁然，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司石油工程技术研究院，
类型：发明
国别省市：山东;37