一种水力压裂活化断层诱发地震的评价方法技术

本发明专利技术提供了一种水力压裂活化断层诱发地震的评价方法，包括诱发地震评价单元划分、累计注入等效能量、断层类型诱发地震概率、断层距离诱发地震概率、水力压裂流体在压裂地层中的扩散能力、压裂后断层新有效应力、岩石流体压力变化率和累计释放等效能量确定，可求得评价单位水力压裂诱发地震概率。通过本发明专利技术能对各个评价单元或单口井等定量化的评价水力压裂施工不同阶段、不同施工注入方式和采出条件下的不同诱发地震可能性，提供一个定量化结果，为优化水力压裂施工和采出条件减少诱发地震灾害提供数据支撑。震灾害提供数据支撑。震灾害提供数据支撑。

【技术实现步骤摘要】
一种水力压裂活化断层诱发地震的评价方法


[0001]本专利技术属于安全生产工程技术和地震风险评价领域，具体为一种水力压裂活化断层诱发地震的评价方法。

技术介绍

[0002]水力压裂是当前提高致密性储层渗透性的一项重要手段，它通过水力能量致裂岩石形成新通道或连通封闭通道来提高原地层渗透性，被广泛用于油气储层改造、地热资源开发和废水回注等领域。该项技术对提高生产效率起到了巨大帮助，但广泛推广的同时也带来了一系列问题。比如大量注入水在致裂岩石的同时也会提升岩石中孔隙压力，注入水也会流到新的通道中，使岩石发生大型破裂或者激活周围断层，从而诱发地震，给安全生产和社会稳定带来大量问题。
[0003]目前，国内外已有大量媒体和文献报道了水力压裂可能会诱发地震的事实，部分专利也公布了一些注水诱发地震的试验或评价方法。专利CN113376684B公开了一种研究注水诱发地震断层破裂过程实验方法，通过制作一种断层模型和实验方法，在双轴加载系统下向断层面进行注水实验，可以完全“看”到诱发地震从孕育到失稳破裂的全过程，研究不同注水条件下注水诱发地震特点。专利CN112461668A公布了研究水力压裂诱发断层活化的试验方法，通过在岩石试样中制作一条裂隙，在裂隙处充填材料，在真三轴围压条件下进行水力压裂试验。探讨不同的充填材料及不同的压裂参数对注水诱发地震的影响与机制。专利CN115201898A公布了三维的注采诱发地震断层破裂滑的数值模拟方法及系统。包括构建三维注水整体几何模型、三维水
‑
力双向耦合数值模型、三维局部断层模型，计算断层滑移引起的地震全过程中的摩擦系数、剪应力，模拟三维局部断层模型的摩擦过程和滑动过程，对诱发断层地震进行评价。另外，专利CN109630011A、CN106971269A分别公布了一种注水或者注入二氧化碳的诱发地震预防和评价方法。但上述或者已经公布的关于水力压裂断层活化诱发地震的评价方法，只是从一点或者一个角度进行评价的技术，只代表着一类技术路线，有各自优点但也有其局限性，主要适合于室内实验评价。特别地，不太适合于生产中定量评价一个工作区块的水力压裂诱发地震风险性。另外，水力压裂诱发地震有多种原因，如岩石流体孔隙压力上升诱发地震、活化断层诱发地震、岩层突然泄压诱发地震等。
[0004]因此，针对水力压裂注入流体活化断层进而诱发地震，造成生产和安全风险，本专利技术提供了一种水力压裂活化断层诱发地震的评价方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术针对现有技术中存在的上述问题和不足，提供了一种水力压裂活化断层诱发地震的评价方法，可实现水力压裂施工对周围断层活化诱发地震风险性评价，获得定量和动态化风险性结果，指导安全生产和社会稳定防控。
[0006]本专利技术解决其技术问题是采用以下技术方案实现的：
[0007]一种水力压裂活化断层诱发地震的评价方法，其特征在于，包括：
[0008]步骤S1，根据地质构造类型、断层分布、断层大小、工作区块大小、注入井分布、采出井分布、注入与采出层位确定水力压裂活化断层诱发地震评价单元。
[0009]步骤S2，根据水力压裂流体注入方式、注入形式、注入排量、累计注入量确定水力压裂流体累计注入等效能量W。
[0010]步骤S3，根据断层类型确定断层类型因素引起的诱发地震概率P1，根据水力压裂井距断层距离确定水力压裂井距断层距离因素引起的诱发地震概率P2。
[0011]步骤S4，根据水力压裂地层岩石的孔隙度、综合渗透率、裂缝发育程度确定水力压裂流体在压裂地层中的扩散能力D。
[0012]步骤S5，水力压裂流体扩散到断层，弱化断层有效应力，根据断层处流体压力、断层新的力学特性确定新的有效应力τ。
[0013]步骤S6，以诱发地震评价单元为一整体，求取所有水力压裂注入井注入过程平均流体压力和注入流体前原始地层压力，获取水力压裂地层岩石流体压力变化率ε。
[0014]步骤S7，在诱发地震评价单元内，根据水力压裂开始后流体累计采出时间、采出方式和采出井分布，确定水力压裂累计释放等效能量E。
[0015]步骤S8，在诱发地震评价单元内，根据累计注入等效能量W、断层类型诱发地震概率P1、断层距离诱发地震概率P2、水力压裂流体扩散能力D、断层有效应力τ、地层岩石流体压力变化率ε、累计释放等效能量E获取诱发地震概率P。
[0016]进一步地，所述步骤S1包括：地质构造类型在中型构造及以下构造类型中选择背斜、向斜、断层构造；断层分布依据与水力压裂注入井和采出井相对位置关系确定；断层大小由断层等级确定；诱发地震评价单元不大于工作区块面积，主要分布在工作区块的二级和三级断层内；百分之九十及以上的水力压裂流体注入井和采出井分布在工作区块和诱发地震评价单元内；注入与采出层位为同一层位或者相邻连通层位。
[0017]进一步地，所述步骤S2包括：水力压裂流体累计注入方式包括连续性注入和间歇性注入；注入形式包括单井注入和多井同时注入；其累计注入等效能量计算公式为：
[0018][0019]其中，W为累计注入等效能量，W
ik
为第i次注入流体动能，W
ip
为第i次注入流体弹性势能，m
i
为第i次注入流体质量，k
i
为第i次注入流体弹性势能系数。
[0020]进一步地，所述步骤S2包括：水力压裂流体为连续性注入的累计注入等效能量需乘以因子A，多井同时注入的累计注入等效能量需乘以因子B，因子A和B的计算公式为：
[0021][0022]其中，d为连续注入天数，n为同时注入井数。
[0023]进一步的，所述步骤S3包括：断层类型因素引起诱发地震概率P1分成四类，为三类断层＞四类断层＞二类断层＞一类断层；水力压裂井距断层距离因素引起的诱发地震概率P2分成四类，为小于1km＞1
‑
3km＞3
‑
10km＞大于10km。
[0024]进一步地，所述步骤S4中，水力压裂流体在压裂地层中的扩散能力由以下公式确
定：
[0025][0026]其中D为扩散能力，K
f
为注入流体体积模量，K
g
岩石骨架体积模量，K
d
岩石矿物颗粒体积模量，K为地层岩石渗透率，φ为地层岩石孔隙度，μ
d
为地层岩石骨架剪切模量，μ1为注入流体粘度。
[0027]进一步地，所述步骤S5中，水力压裂流体扩散到断层，断层处流体压力增加、断层内摩擦因素和聚合强度降低，导致有效应力变化，新的有效应力τ由以下公式确定：
[0028]τ＝μ(σ
n
‑
P)+τ0[0029]其中，μ为断层内摩擦因素，σ
n
断层垂向压力，P为断层处流体压力，τ0为断层聚合强度。
[0030]进一步地，所述步骤S7中，流体采出方式包括连续性采出和间歇性采出，以及水力压裂注入后快速采出和后续慢慢采出，采出位置包括在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水力压裂活化断层诱发地震的评价方法，其特征在于，包括：步骤S1，根据地质构造类型、断层分布、断层大小、工作区块大小、注入井分布、采出井分布、注入与采出层位确定水力压裂活化断层诱发地震评价单元；步骤S2，根据水力压裂流体注入方式、注入形式、注入排量、累计注入量确定水力压裂流体累计注入等效能量W；步骤S3，根据断层类型确定断层类型因素引起的诱发地震概率P1，根据水力压裂井距断层距离确定水力压裂井距断层距离因素引起的诱发地震概率P2；步骤S4，根据水力压裂地层岩石的孔隙度、综合渗透率、裂缝发育程度确定水力压裂流体在压裂地层中的扩散能力D；步骤S5，水力压裂流体扩散到断层，弱化断层有效应力，根据断层处流体压力、断层新的力学特性确定新的有效应力τ；步骤S6，以诱发地震评价单元为一整体，求取所有水力压裂注入井注入过程平均流体压力和注入流体前原始地层压力，获取水力压裂地层岩石流体压力变化率ε；步骤S7，在诱发地震评价单元内，根据水力压裂开始后流体累计采出时间、采出方式和采出井分布，确定水力压裂累计释放等效能量E；步骤S8，在诱发地震评价单元内，根据累计注入等效能量W、断层类型诱发地震概率P1、断层距离诱发地震概率P2、水力压裂流体扩散能力D、断层有效应力τ、地层岩石流体压力变化率ε、累计释放等效能量E获取诱发地震概率P。2.如权利要求1所述一种水力压裂活化断层诱发地震的评价方法，其特征在于：所述步骤S1中，地质构造类型在中型构造及以下构造类型中选择背斜、向斜、断层构造；断层分布依据与水力压裂注入井和采出井相对位置关系确定；断层大小由断层等级确定；诱发地震评价单元不大于工作区块面积，主要分布在工作区块的二级和三级断层内；百分之九十及以上的水力压裂流体注入井和采出井分布在工作区块和诱发地震评价单元内；注入与采出层位为同一层位或者相邻连通层位。3.如权利要求1所述一种水力压裂活化断层诱发地震的评价方法，其特征在于：所述步骤S2中，水力压裂流体累计注入方式包括连续性注入和间歇性注入；注入形式包括单井注入和多井同时注入；其累计注入等效能量计算公式为：其中，W为累计注入等效能量，W
ik
为第i次注入流体动能，W
ip
为第i次注入流体弹性势能，m
i
为第i次注入流体质量，k
i
为第i次注入流体弹性势能系数。4.如权利要求1或3所述一种水力压裂活化断层诱发地震的评价方法，其特征在于：所述步骤S2中，水力压裂流体为连续性注入的累计注入等...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺培，欧阳黎明，张烨，王锦喜，黄焱羚，郭晓中，周建坤，蒙春，张健强，
申请(专利权)人：重庆华地资环科技有限公司，
类型：发明
国别省市：