[发明专利]一种基于地应力分布的断层三维封闭性定量评价方法

摘要

本发明涉及石油勘探领域，具体涉及一种基于地应力模拟的断层三维封闭性定量评价方法，其包括以下步骤：步骤1，测试岩石强度力学参数；步骤2，测试现今地应力大小及方向；步骤3，建立断层构造力学模型；步骤4，计算封闭性评价参数；步骤5，优选断层封闭性指数；步骤6，断层三维封闭性评价。本发明方法能够有效地从地应力角度有效评价断层三维封闭性，有效选取4个对断层封闭性起决定作用的定量评价指标，为研究断块油藏的成藏地质模式建立和剩余油分布预测提供了可靠依据，减少了勘探开发的风险和成本。

主权项

1.一种基于地应力分布的断层三维封闭性定量评价方法，其特征在于，包含以下步骤：步骤1，测试岩石强度力学参数，具体方法如下：(1)选取要进行封闭性评价的目标断层，查阅钻至断层上盘、下盘及断层带的井号，观察岩心段完整情况，按照不同岩性进行水平间隔采样，岩性包括砂岩、泥岩、砂泥岩、断层岩，采样间隔为45°，先将采集的岩样分成三组，每组包含6块，要求岩样垂直于岩心长轴方向且深度相近，随后将其在实验室内加工成50mm×25mm的标准柱塞样；(2)每组选取1块岩心在MTS真三轴岩石力学仪上进行单轴加载实验，测试获得岩石的单轴抗压强度、泊松比、弹性模量；(3)每组选取1块岩心在直剪岩石力学仪上进行直接剪切实验，测试获得岩石的单轴抗剪强度；(4)每组选取1块岩心在进行巴西劈裂实验，测试获得岩石的单轴抗张强度；(5)首先根据地层经历的构造演化史，确定岩样的历史古埋深，计算上覆地层围压范围，每隔5‑10Mpa设置围压等级，每组选取3块岩心在MTS真三轴岩石力学仪上进行真三轴加载实验，测试获得岩石的三轴抗压强度、屈服强度、内摩擦角、内聚力；(6)选择测井解释模型，对杨氏模量、泊松比、密度动态岩石力学参数进行测井解释，并对岩石力学实验结果进行动静态校正，以获得实际状况的地层力学强度参数；步骤2，测试现今地应力大小及方向，具体方法如下：(1)首先对钻井岩心按照不同层位进行采样，每个层位对应1组岩石样品，每组包含4块，要求岩样平行于岩心长轴方向且深度相近，随后在实验室内将其加工成50mm×25mm的标准柱塞样；(2)选取标准柱塞样，通过岩石破裂声发射法测试凯赛尔点，获得最大主应力值及范围；(3)选取标准柱塞样，测试岩心声波速度的各向异性，确定最大水平主应力σH、垂向主应力σv、最小水平主应力σh的方位，并测试不同方位的应变；(4)收集油田现场井壁崩落资料、储层压裂改造资料，进一步分析获得最大水平主应力σH、垂向主应力σv、最小水平主应力σh的大小及方位；(5)选取每口井的标准柱塞样，在实验室中进行粘滞剩余磁性测量，提取地理北方向的信息，用于岩心裂缝定向和岩心声速定位，并校正以上测试分析获得的地应力方位；步骤3，建立断层构造力学模型，具体方法如下：(1)收集三维地震解释深度域的断层、地层数据，在有限元平台中，建立三维构造地质模型；(2)采用断层带的地震资料、测井资料、岩心资料分析断层带内部结构，精细建立断层带内部地质模型；(3)根据岩石力学实验结果，分砂岩、泥岩、砂泥岩、断层和上覆岩层五部分赋予力学参数，划分网格；(4)对划分完网格的力学模型设置力学边界，进行作用力的加载以及弹塑性有限元计算，模拟三维地应力分布特征，直到各个井点处应力值与测试结果吻合度达到80％以上为止，而且保证力学模型不能发生明显变形；步骤4，计算封闭性评价参数，具体方法如下：(1)在步骤3的有限元数值模拟结果的基础上，提取断面或断裂带内各个位置的水平最大主应力、水平最小主应力、平面剪应力值，每个位置之间间距为20m；(2)断层封闭系数I_f系指断层面所受正应力与流体压力的比值，式中f为异常压力系数，ρ_w为水的密度，其单位是1g/cm³，当I_f>1时，断层呈紧闭状态，当I_f<1时，断层呈开启状态；(3)断层紧闭指数I_ft为断层面正应力与断层带岩石抗压强度的比值，σ_p为断层带抗压强度，其单位是MPa，σ_p能够由以下公式求得：σ_p＝R_SGσ_CM+(1‑R_SG)σ_CS，其中σ_CM为泥岩抗压强度，其单位是MPa，σ_CS为砂岩抗压强度，其单位是MPa，R_SG为泥岩削刮比，能够用以下公式求得：其中，H_i为第i小层的厚度，其单位是m，V_ish为第i小层的泥岩含量，％，L为断层断距，其单位是m，当I_ft>1时，泥岩发生变形，断层呈封闭状态，当I_ft<1或＝1时，断面正应力不引起断层带物质变形，断层开启；(4)断层剪切指数I_c为断面剪应力与断层带岩石抗剪强度的比值，σ_C为断层带内岩石内聚力与断层面所受摩擦力之和，即σ_C＝C+μσ，其中C为岩石内聚力，其单位是MPa，μ为内摩擦系数，当I_c>1时，断层有滑动趋势，且不封闭，当I_c<1时，断层面剪应力不足以引起滑动，断层封闭；(5)断层活动指数I_a为水平最大主应力与断层面走向之间的夹角比上45°，其中β为水平最大主应力与断层面走向之间的夹角，θ为断层带岩石的剪裂角，为测试获得的岩石内摩擦角，当I_a>1时，断层面正应力分量偏大，断层封闭，当I_a>1时，断层面正应力分量偏大，断层封闭；步骤5，优选断层封闭性指数，具体方法如下：(1)由前面计算得到的一系列断层面封闭性指数，分析断层封闭系数、断层紧闭指数、断层剪切指数和断层活动指数4个参数与断层封闭性之间的相关性，选取断层封闭系数、断层紧闭指数、断层剪切指数和断层活动指数4个参数作为断层封闭性的定量评价指标，并采用熵权法定量评价各个指数对封闭性的贡献率，基于实际开发经验，先对四个参数分别赋予初始权重0.4,0.25,0.15,0.2，现有m个待评影响因素，n个评价指标，形成原始数据矩阵R＝(rij)m×n其中rij为第j个指标下第i个因素的评价值；(2)计算第j个指标下第i个因素的指标值的比重pij：(3)计算第j个指标的熵值ej：其中k＝1/ln m(4)计算第j个指标的熵权wj：(5)确定指标j的综合权数βj：将指标重要性的权重确定为αj，其中j＝1,2,…,n，结合指标的熵权wj，得到指标j的综合权数：(6)根据计算得到的断层封闭性的各指标的综合权数βj的大小，对各指标进行排序，优选出断层封闭性的主控参数，综合权数越大，则该参数对封闭性影响越大，综合权数小于0.1，则该参数几乎不影响裂缝的发育，能够忽略；步骤6，断层三维封闭性评价，具体方法如下：(1)采用前面收集的三维地震解释数据，在地质建模中，建立储层精细地质模型，包括断层、断层带、地层、岩性、孔隙度、渗透率和含油饱和度；(2)采用随机性—确定性混合建模法建立断裂带储层地质模型，即将有限元模拟的地应力结果，包括水平最大主应力、水平最小主应力、垂直主应力和剪应力导入到地质建模平台中，结合岩石力学参数测试结果计算断层封闭性指数，最终乘以以熵权法获得的各主控参数的综合权数，得到三维断层面上各点的封闭性值:IN＝β1jIf+β2jIft+β3jIC+β4jIa，N＝1,2,3......，且β1j+β2j+β3j+β4j＝1，当IN>1时，断层为封闭状态；当IN<1时，断层为开启状态，这样，就能够对垂直向上每个层的断层封闭性进行综合定量评价。