一种煤系地层地应力计算方法及装置制造方法及图纸

本申请公开了一种煤系地层地应力计算方法及装置，以精确计算煤层最大、最小水平主应力。该方法包括：通过实验测定一块砂泥岩最大、最小水平主应力，据此计算本块砂泥岩最大、最小水平主应力构造系数；利用本块砂泥岩对应的构造系数反推本块砂泥岩所在区块内每一块砂泥岩的最大、最小水平主应力；同一区块内每一块砂泥岩的所述构造系数相同；根据所述区块内每一块砂泥岩最大、最小水平主应力，计算每一块砂泥岩相邻煤层的应变；构建煤层地应力反演模型，根据计算出的上覆岩层压力、孔隙压力及煤层应变，计算由上覆岩层压力产生的煤层水平主应力分量，以及计算由构造运动产生的煤层最大、最小水平主应力分量；进而得到煤层最大、最小水平主应力。小水平主应力。小水平主应力。

【技术实现步骤摘要】
一种煤系地层地应力计算方法及装置


[0001]本专利技术涉及多储层联合开发
，更具体地说，涉及一种煤系地层地应力计算方法及装置。

技术介绍

[0002]煤系地层是指包括煤层、致密砂岩层(以下简称砂岩层)以及页岩层的地层。单层煤层厚度较薄，其上下层位主要为砂岩层，部分为页岩层。由于煤层的地层条件比砂岩层和页岩层更复杂，在砂岩层及页岩层与其相接触的条件下，可以考虑从砂岩层或页岩层位进行压裂作业，通过技术措施使得砂岩层或页岩层的水力裂缝贯穿煤层，以此实现对页岩气、致密砂岩气与煤层气的合采。为了提高资源采收率，低成本、高效益开采非常规天然气资源，实现经济规模化开发，有必要进行煤层气、页岩气、致密砂岩气等多目标层合采先导性试验研究。
[0003]与砂岩层和页岩层不同，煤层具有低地应力、低弹性模量、高泊松比和高动态滤失的特点，裂缝沿着层面、割理面和节理面扩展时难以产生新裂缝，且形成的裂缝短宽且形状不规则，导致多层联合压裂(以下简称多层合压)时裂缝很难穿过地层界面并扩展到邻近层，这给多层合压增加了困难。目前关于煤层气、页岩气、致密砂岩气等多目标层合采的技术大多是基于室内小型压裂测试数据来计算煤层最大、最小水平主应力，进而探究对裂缝高度、裂缝形态以及扩展规律的影响。由于地层间或层内的不同岩性岩石的物理特性、力学特性和地层孔隙压力异常等方面的差别造成了层间或层内地应力分布的非均匀性，从而导致地应力大小是随地层性质变化的。再者，由于山前构造带地应力主要来源于上覆地层压力及地质构造运动产生的构造力，不同性质的地层由于其抵抗外力的变形性质不同，因而其承受构造力也不相同。若依靠实测获得层内或层间地应力的分布规律，这显然是不切实际的。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术提供一种煤系地层地应力计算方法及装置，以实现精确计算煤层最大、最小水平主应力。
[0005]一种煤系地层地应力计算方法，包括：
[0006]利用测井数据计算测井中不同地层深度处的弹性模量、泊松比、上覆岩层压力和孔隙压力；
[0007]通过室内岩心实验测定一块砂泥岩最大、最小水平主应力；结合本块砂泥岩所在地层深度处的上覆岩层压力与孔隙压力得到本块砂泥岩最大、最小水平主应力构造系数；利用本块砂泥岩对应的所述构造系数、上覆岩层压力和孔隙压力反推本块砂泥岩所在区块内每一块砂泥岩的最大、最小水平主应力；同一区块内每一块砂泥岩的所述构造系数相同；
[0008]根据所述区块内每一块砂泥岩最大、最小水平主应力，计算每一块砂泥岩最大、最小水平应变，也就是每一块砂泥岩相邻煤层的应变；
[0009]构建煤层地应力反演模型，根据计算出的上覆岩层压力、孔隙压力及煤层应变，计算由上覆岩层压力产生的煤层水平主应力分量，以及计算由构造运动产生的煤层最大、最小水平主应力分量；
[0010]将计算得到的上覆岩层压力产生的煤层水平主应力分量与构造作用产生的煤层最大水平主应力分量相加，得到煤层最大水平主应力；将计算得到的上覆岩层压力产生的煤层水平主应力分量与构造作用产生的煤层最小水平主应力分量相加，得到煤层最小水平主应力。
[0011]可选的，从地表面到测井井底依次经过第1～m块岩石，m≥2；z
n
为第n块岩石所在地层深度，变量n＝1、2、
…
、m；用σ
Vn
表示地层深度z
n
处的所述上覆岩层压力，则σ
Vn
的计算公式如下：
[0012]σ
V1
＝[ρ1*g*z1][0013][0014]式中，ρ
n
为地层深度z
n
处的岩石密度，g为重力加速度。
[0015]可选的，用P
p
表示地层深度z
n
处的孔隙压力，其计算方程为：
[0016][0017]Δt
norm
＝136+204.323*e
‑
0.001Z
[0018]式中，P
n
为地层深度z
n
处的静水孔隙压力；Δt
norm
为深度点正常趋势线上的声波时差；Δt为声波测井中地层实际的声波传播时差；x为伊顿指数；z为测井垂深。
[0019]可选的，所述弹性模量分为动态弹性模量和静态弹性模量，所述泊松比分为动态泊松比和静态泊松比；
[0020]动态弹性模量和动态泊松比的计算公式为：
[0021][0022][0023][0024][0025]E
dv
、E
dh
分别代表竖直及水平方向上的动态弹性模量，ν
dv
、ν
dh
分别代表竖直与水平方向上的动态泊松比，竖直方向定义为垂直于层理方向，水平方向定义为平行于层理方向；
[0026]式中，C
33
＝ρ
b
V
P2
，C
44
＝C
55
＝ρ
b
V
S2
，C
12
＝C
13
＝C
33
‑
2C
55
，C
11
＝C
12
+2C
66
；V
p
为纵波速度，单位m/s；ρ
b
为密度，单位kg/m3；V
s
为横波速度，单位m/s；ρ
f
为钻井液密度，单位kg/m3；V
f
为井眼中钻井液的流速，单位m/s；V
T
为管波速度，单位m/s；
[0027]静态弹性模量E
s
与静态泊松比v
s
的计算公式为：
[0028]ν
s
＝0.07+0.48ν
dv
[0029]E
s
＝0.272E
dv
。
[0030]可选的，用σ
H
和σ
h
表示一块砂泥岩最大、最小水平主应力，求取本块砂泥岩最大、最小水平主应力构造系数A、B的方程为：
[0031][0032][0033]式中：α为有效应力系数。
[0034]可选的，根据所述区块内每一块砂泥岩最大、最小水平主应力，计算每一块砂泥岩最大、最小水平应变的方程为：
[0035][0036][0037]式中，ε
H
为水平方向最大应变；ε
h
为水平方向最小应变；设定所述最大、最小水平应变在所有地层的纵向与横向这个两水平方向上均为常数。
[0038]可选的，所述根据计算出的上覆岩层压力、孔隙压力及煤层应变，计算由上覆岩层压力产生的煤层水平主应力分量，以及计算由构造运动产生的煤层最大、最小水平主应力分量，包括：
[0039]根据所述砂泥岩最大水平应变的方程，计算由上覆岩层压力产生本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种煤系地层地应力计算方法，其特征在于，包括：利用测井数据计算测井中不同地层深度处的弹性模量、泊松比、上覆岩层压力和孔隙压力；通过室内岩心实验测定一块砂泥岩最大、最小水平主应力；结合本块砂泥岩所在地层深度处的上覆岩层压力与孔隙压力得到本块砂泥岩最大、最小水平主应力构造系数；利用本块砂泥岩对应的所述构造系数、上覆岩层压力和孔隙压力反推本块砂泥岩所在区块内每一块砂泥岩的最大、最小水平主应力；同一区块内每一块砂泥岩的所述构造系数相同；根据所述区块内每一块砂泥岩最大、最小水平主应力，计算每一块砂泥岩最大、最小水平应变，也就是每一块砂泥岩相邻煤层的应变；构建煤层地应力反演模型，根据计算出的上覆岩层压力、孔隙压力及煤层应变，计算由上覆岩层压力产生的煤层水平主应力分量，以及计算由构造运动产生的煤层最大、最小水平主应力分量；将计算得到的上覆岩层压力产生的煤层水平主应力分量与构造作用产生的煤层最大水平主应力分量相加，得到煤层最大水平主应力；将计算得到的上覆岩层压力产生的煤层水平主应力分量与构造作用产生的煤层最小水平主应力分量相加，得到煤层最小水平主应力。2.根据权利要求1所述的煤系地层地应力计算方法，其特征在于：从地表面到测井井底依次经过第1～m块岩石，m≥2；z
n
为第n块岩石所在地层深度，变量n＝1、2、
…
、m；用σ
Vn
表示地层深度z
n
处的所述上覆岩层压力，则σ
Vn
的计算公式如下：σ
V1
＝[ρ1*g*z1]式中，ρ
n
为地层深度z
n
处的岩石密度，g为重力加速度。3.根据权利要求2所述的煤系地层地应力计算方法，其特征在于，用P
p
表示地层深度z
n
处的孔隙压力，其计算方程为：Δt
norm
＝136+204.323*e
‑
0.001Z
式中，P
n
为地层深度z
n
处的静水孔隙压力；Δt
norm
为深度点正常趋势线上的声波时差；Δt为声波测井中地层实际的声波传播时差；x为伊顿指数；z为测井垂深。4.根据权利要求3所述的煤系地层地应力计算方法，其特征在于，所述弹性模量分为动态弹性模量和静态弹性模量，所述泊松比分为动态泊松比和静态泊松比；动态弹性模量和动态泊松比的计算公式为：动态弹性模量和动态泊松比的计算公式为：
E
dv
、E
dh
分别代表竖直及水平方向上的动态弹性模量，ν
dv
、ν
dh
分别代表竖直与水平方向上的动态泊松比，竖直方向定义为垂直于层理方向，水平方向定义为平行于层理方向；式中，C
33
＝ρ
b
V
P2
，C
44
＝C
55
＝ρ
b
V
S2
，C
12
＝C
13
＝C
33
‑
2C
55
，C
11
＝C
12
+2C
66
；V
p

【专利技术属性】
技术研发人员：王波，赵刚，吴鹏，王群超，赵童，李忠城，张迎春，杜佳，段佳佳，尚翠红，崔树辉，王鹏飞，蔡文浙，李震，
申请(专利权)人：中联煤层气有限责任公司，
类型：发明
国别省市：