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用于求取鹽膏巖地層異常地應(yīng)力的方法及系統(tǒng)與流程

文檔序號:12583095閱讀:401來源:國知局
用于求取鹽膏巖地層異常地應(yīng)力的方法及系統(tǒng)與流程

本發(fā)明屬于石油工程鉆井行業(yè),具體地說,涉及一種用于求取鹽膏巖地層異常地應(yīng)力的方法及系統(tǒng)。



背景技術(shù):

地應(yīng)力是地層中存在的內(nèi)部應(yīng)力,是影響鉆井工程的重要因素。在鉆井工程和開發(fā)中,掌握油氣儲集區(qū)域的構(gòu)造應(yīng)力的大小和方位,可以進(jìn)行優(yōu)化鉆井工程設(shè)計、油氣田開發(fā)井網(wǎng)布置和控制井壁穩(wěn)定,減少或避免漏、噴、塌、卡等事故造成的嚴(yán)重經(jīng)濟損失和人身事故等。

通常假定地層處于三軸地應(yīng)力作用下,其三個主方向的主應(yīng)力為最大水平主應(yīng)力σH、最小水平地應(yīng)力σh和垂向應(yīng)力σz,其中,垂向應(yīng)力σz主要是由地層自身重力引起的,水平地應(yīng)力由巖體自重、地質(zhì)構(gòu)造運動、地層流體壓力及地層溫度變化產(chǎn)生。

目前,對受局部斷裂影響鹽膏巖地層異常地應(yīng)力的計算方法進(jìn)行了一些研究。文獻(xiàn):基于實測數(shù)據(jù)及數(shù)值模擬斷層對地應(yīng)力的影響和斷層對地應(yīng)力場影響的有限元研究指出受斷裂的影響,相距不遠(yuǎn)的不同井位顯示出差距較大的地應(yīng)力數(shù)值。地應(yīng)力狀態(tài)的差異是由于斷層影響所致?;谟邢拊浖嗀NSYS,利用三維有限元數(shù)值模擬方法,結(jié)合優(yōu)化反演技術(shù),對地應(yīng)力場進(jìn)行反演表明:由于斷層影響以及復(fù)合斷層的疊加擾動,研究區(qū)地應(yīng)力狀態(tài)表現(xiàn)出復(fù)雜的非均勻分布特征。文獻(xiàn):斷層區(qū)域地應(yīng)力場預(yù)測方法研究指出含斷層區(qū)域地應(yīng)力分布研究是一個具有多解性的復(fù)雜問題,很難采用數(shù)值方法進(jìn)行計算,需要采用力學(xué)模型來模擬分析嘗試應(yīng)用非連續(xù)趨勢面分析法,從幾何變形的角度出發(fā),應(yīng)用小撓度薄板理論,根據(jù)非連續(xù)趨勢面主曲率分析斷層區(qū)域的地形趨勢面和構(gòu)造應(yīng)力場的分布開展應(yīng)力場預(yù)測方法研究。文獻(xiàn):斷裂構(gòu)造對地應(yīng)力場的影響及其工程意義指出決定斷裂構(gòu)造對地應(yīng)力場影響的參數(shù)主要包括:1.斷裂構(gòu)造影響的范圍;2.局部斷層構(gòu)造與區(qū)域應(yīng)力場的關(guān)系,包括邊界應(yīng)力比值(Kb)的影響和邊界應(yīng)力方 向和斷裂之間的夾角α的影響;3.斷裂兩側(cè)的巖石的物理力學(xué)性質(zhì)(變形模量、剪切模量、內(nèi)摩擦角、內(nèi)聚力)的影響;4.斷裂的力學(xué)性質(zhì)(斷裂法向剛度、切向剛度、內(nèi)摩擦角、內(nèi)聚力)的影響;5.斷層的幾何形態(tài)和復(fù)合情況。

以上文獻(xiàn)都表明斷裂對局部地應(yīng)力有比較大的影響,受影響的因素也比較多。但是都沒有提出一套適合現(xiàn)場應(yīng)用的地應(yīng)力數(shù)值預(yù)測方法,更沒有對鹽膏層這種受地應(yīng)力影響較大的地層的現(xiàn)實問題進(jìn)行準(zhǔn)確數(shù)值分析。



技術(shù)實現(xiàn)要素:

為解決以上問題,本發(fā)明提供了一種用于求取鹽膏巖地層異常地應(yīng)力的方法及系統(tǒng),用以提供一種適合現(xiàn)場應(yīng)用的地應(yīng)力數(shù)值預(yù)測方法,以對鹽膏巖地層的地應(yīng)力進(jìn)行準(zhǔn)確數(shù)值分析。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面,提供了一種用于求取鹽膏巖地層異常地應(yīng)力的方法,包括:

根據(jù)斷裂分布特點和幾何形態(tài)確定鹽膏巖地層的應(yīng)力增強區(qū)、應(yīng)力減弱區(qū)和未受影響區(qū);

根據(jù)所述未受影響區(qū)的井位地應(yīng)力確定所述未受影響區(qū)、所述應(yīng)力增強區(qū)和所述應(yīng)力減弱區(qū)的地應(yīng)力;

根據(jù)所述未受影響區(qū)、所述應(yīng)力增強區(qū)和所述應(yīng)力減弱區(qū)的地應(yīng)力建立鹽膏巖地層地應(yīng)力模型。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例,確定所述未受影響區(qū)、所述應(yīng)力增強區(qū)和所述應(yīng)力減弱區(qū)的地應(yīng)力進(jìn)一步包括:

基于所述未受影響區(qū)的井位地應(yīng)力,確定區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力系數(shù)、區(qū)域地應(yīng)力比和斷層走向與區(qū)域最大及最小水平地應(yīng)力方向的夾角;

基于所述區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力系數(shù)、所述區(qū)域地應(yīng)力比和所述斷層走向與區(qū)域最大及最小水平地應(yīng)力方向的夾角,確定所述應(yīng)力增強區(qū)和所述應(yīng)力減弱區(qū)的地應(yīng)力。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例,基于所述區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力系數(shù)、所述區(qū)域地應(yīng)力比和所述斷層走向與區(qū)域最大及最小水平地應(yīng)力方向的夾角,確定所述應(yīng)力增強區(qū)和所述應(yīng)力減弱區(qū)的地應(yīng)力進(jìn)一步包括:

基于所述未受影響區(qū)的井位地應(yīng)力、所述區(qū)域地應(yīng)力比和所述斷層走向與區(qū) 域最大及最小水平地應(yīng)力方向的夾角建立數(shù)值模擬模型;

基于所述數(shù)值模擬模型和所述未受影響區(qū)的井位地應(yīng)力獲取所述應(yīng)力增強區(qū)和所述應(yīng)力減弱區(qū)的受斷裂影響的地應(yīng)力變化量;

基于所述應(yīng)力增強區(qū)和所述應(yīng)力減弱區(qū)的受斷裂影響的地應(yīng)力變化量、所述未受影響區(qū)的井位地應(yīng)力獲取所述應(yīng)力增強區(qū)的構(gòu)造應(yīng)力系數(shù)和所述應(yīng)力減弱區(qū)的構(gòu)造應(yīng)力系數(shù);

基于所述未受影響區(qū)的構(gòu)造應(yīng)力系數(shù)和所述應(yīng)力增強區(qū)的構(gòu)造應(yīng)力系數(shù)或所述應(yīng)力減弱區(qū)的構(gòu)造應(yīng)力系數(shù)計算得到斷裂影響系數(shù);

基于所述斷裂影響系數(shù)計算得到所述應(yīng)力增強區(qū)和所述應(yīng)力減弱區(qū)的最大水平地應(yīng)力和最小水平地應(yīng)力。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例,所述數(shù)值模擬模型包括應(yīng)力增強區(qū)數(shù)值模擬模型和應(yīng)力減弱區(qū)數(shù)值模擬模型,所述應(yīng)力增強區(qū)數(shù)值模擬模型包括應(yīng)力增強區(qū)的最大水平地應(yīng)力增量百分比-區(qū)域地應(yīng)力比子模型、最大水平地應(yīng)力差值-斷層走向與最大水平地應(yīng)力方向夾角子模型、最小水平地應(yīng)力增量百分比-區(qū)域地應(yīng)力比子模型和最小水平地應(yīng)力差值-斷層走向與最小水平地應(yīng)力方向夾角子模型;

所述應(yīng)力減弱區(qū)數(shù)值模擬模型包括應(yīng)力減弱區(qū)的最大水平地應(yīng)力增量百分比-區(qū)域地應(yīng)力比子模型和最大水平地應(yīng)力差值-斷層走向與最大水平地應(yīng)力方向夾角子模型、最小水平地應(yīng)力增量百分比-區(qū)域地應(yīng)力比子模型和最小水平地應(yīng)力差值-斷層走向與最小水平地應(yīng)力方向夾角子模型。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例,基于所述數(shù)值模擬模型和所述未受影響區(qū)的井位地應(yīng)力獲取所述應(yīng)力增強區(qū)和所述應(yīng)力減弱區(qū)的受斷裂影響的地應(yīng)力變化量進(jìn)一步包括:

通過所述應(yīng)力增強區(qū)或所述所述應(yīng)力減弱區(qū)的最大水平地應(yīng)力增量百分比-區(qū)域地應(yīng)力比子模型獲取所述應(yīng)力增強區(qū)或所述應(yīng)力減弱區(qū)的受斷裂影響的最大水平地應(yīng)力增量百分比;

通過所述應(yīng)力增強區(qū)或所述應(yīng)力減弱區(qū)的最大水平地應(yīng)力差值-斷裂方向與最大水平地應(yīng)力方向夾角子模型獲取所述應(yīng)力增強區(qū)或所述應(yīng)力減弱區(qū)的受斷裂影響的最大水平地應(yīng)力差值;

通過所述應(yīng)力增強區(qū)或所述應(yīng)力減弱區(qū)的最小水平地應(yīng)力增量百分比-區(qū)域地應(yīng)力比子模型獲取所述應(yīng)力增強區(qū)或所述應(yīng)力減弱區(qū)的受斷裂影響的最小水 平地應(yīng)力增量百分比;

通過所述應(yīng)力增強區(qū)或應(yīng)力減弱區(qū)的最小水平地應(yīng)力差值-最小水平地應(yīng)力方向與斷裂方向的夾角子模型獲取所述應(yīng)力增強區(qū)或應(yīng)力減弱區(qū)的受斷裂影響的最小水平地應(yīng)力差值;

通過所述應(yīng)力增強區(qū)或所述應(yīng)力減弱區(qū)的最大水平地應(yīng)力增量百分比、最大水平地應(yīng)力差值和所述未受影響區(qū)的最大水平主應(yīng)力計算所述應(yīng)力增強區(qū)或所述應(yīng)力減弱區(qū)的受斷裂影響的最大水平地應(yīng)力變化量,通過所述應(yīng)力增強區(qū)或所述應(yīng)力減弱區(qū)的最小水平主應(yīng)力增量百分比、最小水平地應(yīng)力差值和所述未受影響區(qū)的最小水平地應(yīng)力計算所述應(yīng)力增強區(qū)或所述應(yīng)力減弱區(qū)的受斷裂影響的最小水平地應(yīng)力變化量。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例,基于所述斷裂影響系數(shù)計算得到所述應(yīng)力增強區(qū)和所述應(yīng)力減弱區(qū)的最大水平地應(yīng)力和最小水平地應(yīng)力進(jìn)一步包括,將所述斷裂影響系數(shù)引入下式計算得到所述應(yīng)力增強區(qū)和所述應(yīng)力減弱區(qū)的最大水平地應(yīng)力和最小水平地應(yīng)力:

<mrow> <msub> <msup> <mi>&sigma;</mi> <mo>&prime;</mo> </msup> <mi>H</mi> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mn>2</mn> </mfrac> <mo>&lsqb;</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>T&xi;</mi> <mn>1</mn> </msub> <msub> <msup> <mi>E</mi> <mo>&prime;</mo> </msup> <mi>s</mi> </msub> </mrow> <mrow> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <msub> <msup> <mi>&upsi;</mi> <mo>&prime;</mo> </msup> <mi>s</mi> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>+</mo> <mfrac> <mrow> <mn>2</mn> <msub> <msup> <mi>&upsi;</mi> <mo>&prime;</mo> </msup> <mi>s</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <msup> <mi>&sigma;</mi> <mo>&prime;</mo> </msup> <mi>Z</mi> </msub> <mo>-</mo> <msup> <mi>&alpha;</mi> <mo>&prime;</mo> </msup> <msub> <msup> <mi>P</mi> <mo>&prime;</mo> </msup> <mi>p</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> <mrow> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <msub> <msup> <mi>&upsi;</mi> <mo>&prime;</mo> </msup> <mi>s</mi> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>+</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>T&xi;</mi> <mn>2</mn> </msub> <msub> <msup> <mi>E</mi> <mo>&prime;</mo> </msup> <mi>p</mi> </msub> </mrow> <mrow> <mn>1</mn> <mo>+</mo> <msub> <msup> <mi>&upsi;</mi> <mo>&prime;</mo> </msup> <mi>s</mi> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>&rsqb;</mo> <mo>+</mo> <msup> <mi>&alpha;</mi> <mo>&prime;</mo> </msup> <msub> <msup> <mi>P</mi> <mo>&prime;</mo> </msup> <mi>p</mi> </msub> </mrow>

<mrow> <msub> <msup> <mi>&sigma;</mi> <mo>&prime;</mo> </msup> <mi>h</mi> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mn>2</mn> </mfrac> <mo>&lsqb;</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>T&xi;</mi> <mn>1</mn> </msub> <msub> <msup> <mi>E</mi> <mo>&prime;</mo> </msup> <mi>s</mi> </msub> </mrow> <mrow> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <msub> <msup> <mi>&upsi;</mi> <mo>&prime;</mo> </msup> <mi>s</mi> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>+</mo> <mfrac> <mrow> <mn>2</mn> <msub> <msup> <mi>&upsi;</mi> <mo>&prime;</mo> </msup> <mi>s</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <msup> <mi>&sigma;</mi> <mo>&prime;</mo> </msup> <mi>Z</mi> </msub> <mo>-</mo> <msup> <mi>&alpha;</mi> <mo>&prime;</mo> </msup> <msub> <msup> <mi>P</mi> <mo>&prime;</mo> </msup> <mi>p</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> <mrow> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <msub> <msup> <mi>&upsi;</mi> <mo>&prime;</mo> </msup> <mi>s</mi> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>-</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>T&xi;</mi> <mn>2</mn> </msub> <msub> <msup> <mi>E</mi> <mo>&prime;</mo> </msup> <mi>s</mi> </msub> </mrow> <mrow> <mn>1</mn> <mo>+</mo> <msub> <msup> <mi>&upsi;</mi> <mo>&prime;</mo> </msup> <mi>s</mi> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>&rsqb;</mo> <mo>+</mo> <msup> <mi>&alpha;</mi> <mo>&prime;</mo> </msup> <msub> <msup> <mi>P</mi> <mo>&prime;</mo> </msup> <mi>p</mi> </msub> </mrow>

其中,σ'H為應(yīng)力增強區(qū)或應(yīng)力減弱區(qū)的最大水平地應(yīng)力,σ'h為應(yīng)力增強區(qū)或應(yīng)力減弱區(qū)的最小水平地應(yīng)力,ξ1為未受影響區(qū)的最大水平構(gòu)造應(yīng)力系數(shù),ξ2為未受影響區(qū)的最小水平構(gòu)造應(yīng)力系數(shù),σ'z為應(yīng)力增強區(qū)或減弱區(qū)的上覆壓力,P'p為應(yīng)力增強區(qū)或減弱區(qū)的孔隙壓力,υ's為應(yīng)力增強區(qū)或減弱區(qū)的地層靜態(tài)泊松比,E's為應(yīng)力增強區(qū)或所述減弱區(qū)的彈性模量,α'為應(yīng)力增強區(qū)或減弱區(qū)的有效應(yīng)力系數(shù),T為應(yīng)力增強區(qū)或減弱區(qū)的斷裂影響系數(shù)。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例,所述應(yīng)力增強區(qū)和所述應(yīng)力減弱區(qū)的構(gòu)造應(yīng)力系數(shù)通過下式計算得到:

<mrow> <msub> <msup> <mi>&xi;</mi> <mo>&prime;</mo> </msup> <mn>1</mn> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <msub> <msup> <mi>&upsi;</mi> <mo>&prime;</mo> </msup> <mi>s</mi> </msub> <mo>)</mo> <mo>(</mo> <msub> <msup> <mi>&sigma;</mi> <mo>&prime;</mo> </msup> <mi>H</mi> </msub> <mo>+</mo> <msub> <msup> <mi>&sigma;</mi> <mo>&prime;</mo> </msup> <mi>h</mi> </msub> <mo>)</mo> <mo>-</mo> <mn>2</mn> <msub> <msup> <mi>&upsi;</mi> <mo>&prime;</mo> </msup> <mi>s</mi> </msub> <mo>(</mo> <msub> <msup> <mi>&sigma;</mi> <mo>&prime;</mo> </msup> <mi>z</mi> </msub> <mo>-</mo> <msup> <mi>&alpha;</mi> <mo>&prime;</mo> </msup> <msub> <msup> <mi>P</mi> <mo>&prime;</mo> </msup> <mi>p</mi> </msub> <mo>)</mo> <mo>-</mo> <mn>2</mn> <msup> <mi>&alpha;</mi> <mo>&prime;</mo> </msup> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <msub> <msup> <mi>&upsi;</mi> <mo>&prime;</mo> </msup> <mi>s</mi> </msub> <mo>)</mo> <msubsup> <mi>P</mi> <mi>p</mi> <mo>&prime;</mo> </msubsup> </mrow> <mrow> <msub> <msup> <mi>E</mi> <mo>&prime;</mo> </msup> <mi>s</mi> </msub> </mrow> </mfrac> </mrow>

<mrow> <msub> <msup> <mi>&xi;</mi> <mo>&prime;</mo> </msup> <mn>2</mn> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>+</mo> <msub> <msup> <mi>&upsi;</mi> <mo>&prime;</mo> </msup> <mi>s</mi> </msub> <mo>)</mo> <mo>(</mo> <msub> <msup> <mi>&sigma;</mi> <mo>&prime;</mo> </msup> <mi>H</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <msup> <mi>&sigma;</mi> <mo>&prime;</mo> </msup> <mi>h</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mrow> <msub> <msup> <mi>E</mi> <mo>&prime;</mo> </msup> <mi>s</mi> </msub> </mrow> </mfrac> </mrow>

其中,σ'H為通過數(shù)值模擬模型計算得到的應(yīng)力增強區(qū)或應(yīng)力減弱區(qū)的受斷裂影響的最大水平地應(yīng)力,σ'h為通過數(shù)值模擬模型計算得到的應(yīng)力增強區(qū)或應(yīng)力減 弱區(qū)的受斷裂影響的最小水平地應(yīng)力,σ'z為應(yīng)力增強區(qū)或減弱區(qū)的上覆壓力,υs'為應(yīng)力增強區(qū)或應(yīng)力減弱區(qū)的地層靜態(tài)泊松比,E's為應(yīng)力增強區(qū)或減弱區(qū)的彈性模量,α'為應(yīng)力增強區(qū)或減弱區(qū)的有效應(yīng)力系數(shù),P'p為應(yīng)力增強區(qū)或減弱區(qū)的孔隙壓力。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例,所述斷裂影響系數(shù)T通過下式計算得到:

<mrow> <mi>T</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <msup> <mi>&xi;</mi> <mo>&prime;</mo> </msup> <mn>1</mn> </msub> </mrow> <msub> <mi>&xi;</mi> <mn>1</mn> </msub> </mfrac> <mo>&ap;</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <msup> <mi>&xi;</mi> <mo>&prime;</mo> </msup> <mn>2</mn> </msub> </mrow> <msub> <mi>&xi;</mi> <mn>2</mn> </msub> </mfrac> </mrow>

其中,ξ'1和ξ'2為應(yīng)力增強區(qū)或應(yīng)力減弱區(qū)的構(gòu)造應(yīng)力系數(shù),ξ'1為未受影響區(qū)的最大水平構(gòu)造應(yīng)力系數(shù),ξ'2為未受影響區(qū)的最小水平構(gòu)造應(yīng)力系數(shù),ξ1和ξ2為未受影響區(qū)的構(gòu)造應(yīng)力系數(shù),ξ1為未受影響區(qū)的最大水平構(gòu)造應(yīng)力系數(shù),ξ2為未受影響區(qū)的最小水平構(gòu)造應(yīng)力系數(shù)。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例,確定所述未受影響區(qū)的地應(yīng)力進(jìn)一步包括:

基于所述未受影響區(qū)的井位地應(yīng)力獲取地層巖石破裂壓力、瞬時停泵壓力、地層壓力、巖石抗拉強度、地破點深度、鉆井液密度、有效應(yīng)力系數(shù)、地破面積;

基于所述瞬時停泵壓力、所述鉆井液密度、所述地破點深度和所述地破面積計算得到所述未受影響區(qū)的最小水平地應(yīng)力;

基于所述未受影響區(qū)的最小水平地應(yīng)力、所述地層巖石破裂壓力、所述有效應(yīng)力系數(shù)、所述地層壓力和所述巖石抗拉強度計算所述未受影響區(qū)的最大水平地應(yīng)力。

根據(jù)本發(fā)明的另一個方面,還提供了一種用于求取受鹽膏巖地層異常地應(yīng)力的系統(tǒng),包括:

應(yīng)力區(qū)域劃分模塊,根據(jù)斷裂分布特點和幾何形態(tài)確定鹽膏巖地層的應(yīng)力增強區(qū)、應(yīng)力減弱區(qū)和未受影響區(qū);

地應(yīng)力計算模塊,根據(jù)所述未受影響區(qū)域的井位地應(yīng)力確定所述未受影響區(qū)、所述應(yīng)力增強區(qū)和所述應(yīng)力減弱區(qū)的地應(yīng)力;

地應(yīng)力模型建立模塊,根據(jù)所述未受影響區(qū)、所述應(yīng)力增強區(qū)和所述應(yīng)力減弱區(qū)的地應(yīng)力建立鹽膏巖地層地應(yīng)力模型。

本發(fā)明的有益效果:

本發(fā)明采用定性與定量相結(jié)合的方式,提出一套合理的相對準(zhǔn)確的地應(yīng)力數(shù)值求取方法,考慮多種影響因素,綜合運用數(shù)值分析和現(xiàn)場實鉆數(shù)據(jù),對已有計 算模型進(jìn)行修正,提高了地應(yīng)力模型計算精度。

本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述,并且,部分地從說明書中變得顯而易見,或者通過實施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點可通過在說明書、權(quán)利要求書以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)和獲得。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案,下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要的附圖做簡單的介紹:

圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的方法流程圖;

圖2是一個斷裂和井位示意圖;

圖3a根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的應(yīng)力增強區(qū)的最大水平地應(yīng)力增量百分比-區(qū)域地應(yīng)力比子模型示意圖;

圖3b根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的應(yīng)力增強區(qū)的最大水平地應(yīng)力差值-斷層走向與最大水平地應(yīng)力方向夾角子模型示意圖;

圖4a根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的應(yīng)力增強區(qū)的最小水平地應(yīng)力增量百分比-區(qū)域地應(yīng)力比子模型示意圖;以及

圖4b根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的應(yīng)力增強區(qū)的最小水平地應(yīng)力差值-斷層走向與最小水平地應(yīng)力方向夾角子模型示意圖。

具體實施方式

以下將結(jié)合附圖及實施例來詳細(xì)說明本發(fā)明的實施方式,借此對本發(fā)明如何應(yīng)用技術(shù)手段來解決技術(shù)問題,并達(dá)成技術(shù)效果的實現(xiàn)過程能充分理解并據(jù)以實施。需要說明的是,只要不構(gòu)成沖突,本發(fā)明中的各個實施例以及各實施例中的各個特征可以相互結(jié)合,所形成的技術(shù)方案均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

如圖1所示為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的方法流程圖,以下參考圖1來對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。

首先,在步驟S110中,根據(jù)斷裂分布特點和幾何形態(tài)確定鹽膏巖地層的應(yīng)力增強區(qū)、應(yīng)力減弱區(qū)和未受影響區(qū)。

在該步驟中,通過地質(zhì)勘探技術(shù),獲取鹽膏巖地層斷裂區(qū)域的形態(tài)、形狀及組合方式,并根據(jù)地層的斷裂分布特點和幾何形態(tài)找出地層斷裂區(qū)域的應(yīng)力增強 區(qū)、應(yīng)力減弱區(qū)和未受影響區(qū)。其中,地應(yīng)力明顯大于該地區(qū)正常地應(yīng)力的區(qū)域為應(yīng)力增強區(qū)。距離斷層較遠(yuǎn)、受斷層影響較小的區(qū)域為未受影響區(qū)。應(yīng)力明顯小于該地區(qū)正常地應(yīng)力的區(qū)域為應(yīng)力減弱區(qū)。

接下來,在步驟S120中,根據(jù)未受影響區(qū)域的井位地應(yīng)力情況確定未受影響區(qū)、應(yīng)力增強區(qū)和應(yīng)力減弱區(qū)的地應(yīng)力。

在該步驟中,首先,基于未受影響區(qū)的井位地應(yīng)力情況,確定未受影響區(qū)的地應(yīng)力、區(qū)域地應(yīng)力比和斷層走向與區(qū)域最大水平地應(yīng)力方向的夾角。其中,未受影響區(qū)的井位地應(yīng)力情況包括根據(jù)鉆井?dāng)?shù)據(jù)、測錄井?dāng)?shù)據(jù)及通過地破實驗和巖心實驗獲得的地層數(shù)據(jù)等得出的地應(yīng)力大小和方向,具體的,鉆井?dāng)?shù)據(jù)包括,井深,開次,地層分層情況;測錄井?dāng)?shù)據(jù)包括,聲波,伽馬,密度,巖性,井眼形狀等;地破實驗數(shù)據(jù)包括地層巖石破裂壓力、瞬時停泵壓力、地層壓力、巖石抗拉強度、地破點深度、鉆井液密度、有效應(yīng)力系數(shù)、地破面積;巖心實驗獲得的數(shù)據(jù)包括,取心點巖心凱塞爾效應(yīng)得出的具體位置的地應(yīng)力大小。

具體的,在該步驟中,結(jié)合現(xiàn)場地破實驗和室內(nèi)巖心實驗,確定未受影響區(qū)的最大水平地應(yīng)力和最小水平地應(yīng)力、斷層走向與區(qū)域最大水平地應(yīng)力方向和最小水平地應(yīng)力方向的夾角、區(qū)域地應(yīng)力比。

具體的,破裂壓力與最大、最小水平地應(yīng)力的關(guān)系如下所示:

Pf=3σhH-αPp+St (1)

其中,破裂壓力Pf通過地破實驗計算得到。

接下來,基于瞬時停泵壓力、鉆井液密度、地破點深度和地破面積計算得到所述未受影響區(qū)的最小水平地應(yīng)力,通過下式計算得到最小水平地應(yīng)力:

σh=Ps+10-6×ρmgHw (2)

最后,基于未受影響區(qū)的最小水平地應(yīng)力、地層巖石破裂壓力、有效應(yīng)力系數(shù)、地層壓力和巖石抗拉強度計算未受影響區(qū)的最大水平地應(yīng)力,基于下式計算得到最大水平地應(yīng)力:

σH=3σh-Pf-α·Pp+|St| (3)

其中,St為巖石抗拉強度,由巖石力學(xué)參數(shù)計算求得;Ps為瞬時停泵壓力,由地破實驗破裂曲線數(shù)據(jù)圖讀出;Pf為地層巖石破裂壓力,由破裂曲線得到;Pp為地層壓力;α為有效應(yīng)力系數(shù),由地層壓力計算相關(guān)數(shù)據(jù)得出;ρm,Hw分別為鉆井液密度和地破點深度。由此得出地破點的最小水平地應(yīng)力σh,最大水平地 應(yīng)力σH的數(shù)值,帶入下式得到:

<mrow> <msub> <mi>&xi;</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <msub> <mi>&mu;</mi> <mi>s</mi> </msub> <mo>)</mo> <mo>(</mo> <msub> <mi>&sigma;</mi> <mi>H</mi> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>&sigma;</mi> <mi>h</mi> </msub> <mo>)</mo> <mo>-</mo> <mn>2</mn> <msub> <mi>&mu;</mi> <mi>s</mi> </msub> <mo>(</mo> <msub> <mi>&sigma;</mi> <mi>v</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>&alpha;P</mi> <mi>p</mi> </msub> <mo>)</mo> <mo>-</mo> <mn>2</mn> <mi>&alpha;</mi> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <msub> <mi>&mu;</mi> <mi>s</mi> </msub> <mo>)</mo> <msub> <mi>P</mi> <mi>p</mi> </msub> </mrow> <msub> <mi>E</mi> <mi>s</mi> </msub> </mfrac> </mrow>

<mrow> <msub> <mi>&xi;</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>+</mo> <msub> <mi>&mu;</mi> <mi>s</mi> </msub> <mo>)</mo> <mo>(</mo> <msub> <mi>&sigma;</mi> <mi>H</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>&sigma;</mi> <mi>h</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <msub> <mi>E</mi> <mi>s</mi> </msub> </mfrac> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>4</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>

即可得到未受影響區(qū)的構(gòu)造應(yīng)力系數(shù)(區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力系數(shù))ξ1和ξ2;σHhz為區(qū)域最大水平、最小水平地應(yīng)力和上覆壓力,最大上覆壓力根據(jù)測井資料中的密度測井或者聲波測井的值來計算出來;Pp為孔隙壓力,根據(jù)測井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行計算;υs、Es為區(qū)域地層靜態(tài)泊松比和彈性模量,根據(jù)測井資料進(jìn)行計算;α為區(qū)域有效應(yīng)力系數(shù),根據(jù)測井資料進(jìn)行計算。

區(qū)域邊界應(yīng)力比值通過下式計算得到:

<mrow> <msub> <mi>K</mi> <mi>b</mi> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <msub> <mi>&sigma;</mi> <mi>H</mi> </msub> <msub> <mi>&sigma;</mi> <mi>h</mi> </msub> </mfrac> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>5</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>

將未受影響區(qū)的相關(guān)的井位地應(yīng)力情況代入式(1)、(2)、(3)中得到未受影響區(qū)的最小水平地應(yīng)力和最大水平地應(yīng)力,并通過式(5)計算得到未受影響區(qū)的區(qū)域邊界應(yīng)力比。

未受影響區(qū)的斷層走向與最大及最大水平地應(yīng)力方向的夾角通過測井?dāng)?shù)據(jù)計算得到。

接下來,基于未受影響區(qū)的地應(yīng)力、區(qū)域地應(yīng)力比(區(qū)域邊界應(yīng)力比值)、斷層走向與區(qū)域最大及最大水平地應(yīng)力方向的夾角,確定應(yīng)力增強區(qū)和應(yīng)力減弱區(qū)的地應(yīng)力。此處區(qū)域最大及最大水平地應(yīng)力方向的夾角為未受影響區(qū)的斷層走向與最大及最大水平地應(yīng)力方向的夾角。

在該步驟中,首先,根據(jù)斷裂力學(xué)理論,采用離散單元法基于未受影響區(qū)的井位地應(yīng)力、區(qū)域地應(yīng)力比和斷層走向與區(qū)域最大地應(yīng)力方向的夾角建立數(shù)值模擬模型,找出在各種影響條件下,受斷裂影響的地應(yīng)力差值情況。該數(shù)值模擬模型包括應(yīng)力增強區(qū)模擬模型和應(yīng)力減弱區(qū)模擬模型。其中,應(yīng)力增強區(qū)模擬模型包括應(yīng)力增強區(qū)的最大水平地應(yīng)力增量百分比-區(qū)域地應(yīng)力比子模型和最大水平地應(yīng)力差值-斷層走向與最大水平地應(yīng)力方向夾角子模型、最小水平地應(yīng)力增量百分比-區(qū)域地應(yīng)力比子模型和最小水平地應(yīng)力差值-斷層走向與最小水平地應(yīng)力方向夾角子模型。

應(yīng)力減弱區(qū)模擬模型包括應(yīng)力減弱區(qū)的最大水平地應(yīng)力增量百分比-區(qū)域地 應(yīng)力比子模型和最大水平地應(yīng)力差值-斷層走向與最大水平地應(yīng)力方向夾角子模型、最小水平地應(yīng)力增量百分比-區(qū)域地應(yīng)力比子模型和最小水平地應(yīng)力差值-斷層走向與最小水平地應(yīng)力方向夾角子模型。

通過應(yīng)力增強區(qū)或所述應(yīng)力減弱區(qū)的最大水平地應(yīng)力增量百分比-區(qū)域地應(yīng)力比子模型獲取在一定區(qū)域地應(yīng)力比、一定斷裂方向與最大水平地應(yīng)力方向夾角和一定未受影響區(qū)域的最大水平地應(yīng)力條件下的應(yīng)力增強區(qū)或應(yīng)力減弱區(qū)的受斷裂影響的最大水平地應(yīng)力增量百分比;

通過應(yīng)力增強區(qū)或應(yīng)力減弱區(qū)的最大水平地應(yīng)力差值-斷裂方向與最大水平地應(yīng)力方向夾角子模型獲取在一定-斷裂方向與最大水平地應(yīng)力方向夾角、在一定區(qū)域地應(yīng)力比條件下的應(yīng)力增強區(qū)或應(yīng)力減弱區(qū)的受斷裂影響的最大水平地應(yīng)力差值;

通過應(yīng)力增強區(qū)或應(yīng)力減弱區(qū)的最小水平地應(yīng)力增量百分比-區(qū)域地應(yīng)力比子模型獲取在一定區(qū)域地應(yīng)力比、一定-斷裂方向與最小水平地應(yīng)力方向夾角和未受影響區(qū)域的最小水平地應(yīng)力條件下的應(yīng)力增強區(qū)或應(yīng)力減弱區(qū)的受斷裂影響的最小水平地應(yīng)力增量百分比;

通過應(yīng)力增強區(qū)或應(yīng)力減弱區(qū)的最小水平地應(yīng)力差值-最小水平地應(yīng)力方向與斷裂方向的夾角子模型獲取在一定-斷裂方向與最小水平地應(yīng)力方向夾角、在一定區(qū)域地應(yīng)力比條件下的應(yīng)力增強區(qū)或應(yīng)力減弱區(qū)的受斷裂影響的最小水平地應(yīng)力差值;

通過應(yīng)力增強區(qū)或應(yīng)力減弱區(qū)的受斷裂影響的最大水平地應(yīng)力增量百分比、受斷裂影響的最大水平地應(yīng)力差值和未受影響區(qū)的最大水平主應(yīng)力計算應(yīng)力增強區(qū)或應(yīng)力減弱區(qū)的受斷裂影響的最大水平地應(yīng)力變化量,通過應(yīng)力增強區(qū)或應(yīng)力減弱區(qū)的受斷裂影響的最小水平主應(yīng)力增量百分比、受斷裂影響的最小水平地應(yīng)力差值和未受影響區(qū)的最小水平地應(yīng)力計算應(yīng)力增強區(qū)或應(yīng)力減弱區(qū)的受斷裂影響的最小水平地應(yīng)力變化量。

基于應(yīng)力增強區(qū)的受斷裂影響的最大水平地應(yīng)力變化量和最小水平地應(yīng)力變化量計算得到應(yīng)力增強區(qū)的最大水平主應(yīng)力和最小水平地應(yīng)力。將計算得到的應(yīng)力增強區(qū)的最大水平地應(yīng)力和最小水平地應(yīng)力代入七五模型反算,即代入式(4)得到應(yīng)力增強區(qū)的構(gòu)造應(yīng)力系數(shù)ξ'1和ξ'2

<mrow> <msub> <msup> <mi>&xi;</mi> <mo>&prime;</mo> </msup> <mn>1</mn> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <msub> <msup> <mi>&upsi;</mi> <mo>&prime;</mo> </msup> <mi>s</mi> </msub> <mo>)</mo> <mo>(</mo> <msub> <msup> <mi>&sigma;</mi> <mo>&prime;</mo> </msup> <mi>H</mi> </msub> <mo>+</mo> <msub> <msup> <mi>&sigma;</mi> <mo>&prime;</mo> </msup> <mi>h</mi> </msub> <mo>)</mo> <mo>-</mo> <mn>2</mn> <msub> <msup> <mi>&upsi;</mi> <mo>&prime;</mo> </msup> <mi>s</mi> </msub> <mo>(</mo> <msub> <msup> <mi>&sigma;</mi> <mo>&prime;</mo> </msup> <mi>z</mi> </msub> <mo>-</mo> <msup> <mi>&alpha;</mi> <mo>&prime;</mo> </msup> <msub> <msup> <mi>P</mi> <mo>&prime;</mo> </msup> <mi>p</mi> </msub> <mo>)</mo> <mo>-</mo> <mn>2</mn> <msup> <mi>&alpha;</mi> <mo>&prime;</mo> </msup> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <msub> <msup> <mi>&upsi;</mi> <mo>&prime;</mo> </msup> <mi>s</mi> </msub> <mo>)</mo> <msubsup> <mi>P</mi> <mi>p</mi> <mo>&prime;</mo> </msubsup> </mrow> <mrow> <msub> <msup> <mi>E</mi> <mo>&prime;</mo> </msup> <mi>s</mi> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>4</mn> <mo>-</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>

<mrow> <msub> <msup> <mi>&xi;</mi> <mo>&prime;</mo> </msup> <mn>2</mn> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>+</mo> <msub> <msup> <mi>&upsi;</mi> <mo>&prime;</mo> </msup> <mi>s</mi> </msub> <mo>)</mo> <mo>(</mo> <msub> <msup> <mi>&sigma;</mi> <mo>&prime;</mo> </msup> <mi>H</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <msup> <mi>&sigma;</mi> <mo>&prime;</mo> </msup> <mi>h</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mrow> <msub> <msup> <mi>E</mi> <mo>&prime;</mo> </msup> <mi>s</mi> </msub> </mrow> </mfrac> </mrow>

其中,σ'H為通過數(shù)值模擬模型計算得到的應(yīng)力增強區(qū)或應(yīng)力減弱區(qū)的受斷裂影響的最大水平地應(yīng)力變化量,σ'h為通過數(shù)值模擬模型計算得到的應(yīng)力增強區(qū)或應(yīng)力減弱區(qū)的受斷裂影響的最小水平地應(yīng)力變化量,υs'為應(yīng)力增強區(qū)或應(yīng)力減弱區(qū)的地層靜態(tài)泊松比,E's為應(yīng)力增強區(qū)或減弱區(qū)的彈性模量,α'為應(yīng)力增強區(qū)或減弱區(qū)的有效應(yīng)力系數(shù),P'p為應(yīng)力增強區(qū)或減弱區(qū)的孔隙壓力。

通過該構(gòu)造應(yīng)力系數(shù)ξ'1或ξ'2,未受影響區(qū)的構(gòu)造應(yīng)力系數(shù)ξ1或ξ2,通過式(6)計算得到斷裂影響系數(shù):

<mrow> <mi>T</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <msup> <mi>&xi;</mi> <mo>&prime;</mo> </msup> <mn>1</mn> </msub> </mrow> <msub> <mi>&xi;</mi> <mn>1</mn> </msub> </mfrac> <mo>&ap;</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <msup> <mi>&xi;</mi> <mo>&prime;</mo> </msup> <mn>2</mn> </msub> </mrow> <msub> <mi>&xi;</mi> <mn>2</mn> </msub> </mfrac> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>6</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>

其中,通過式(4-1)計算應(yīng)力增強區(qū)的構(gòu)造應(yīng)力系數(shù)ξ'1和ξ'2時,其中的σ'H為通過模擬模型計算得到的應(yīng)力增強區(qū)的受斷裂影響的最大水平地應(yīng)力;σ'h為通過模擬模型計算得到的應(yīng)力增強區(qū)的受斷裂影響的最小水平地應(yīng)力;υ's為應(yīng)力增強區(qū)的地層靜態(tài)泊松比;E's為應(yīng)力增強區(qū)的彈性模量;α'為應(yīng)力增強區(qū)的有效應(yīng)力系數(shù),P'p為應(yīng)力增強區(qū)的孔隙壓力。

當(dāng)應(yīng)力增強區(qū)或應(yīng)力減弱區(qū)的具有鉆井時,可以利用已鉆井的井位地應(yīng)力數(shù)據(jù)求取該井位對應(yīng)的構(gòu)造應(yīng)力系數(shù),再基于該井位得到的構(gòu)造應(yīng)力系數(shù)對計算得到的構(gòu)造應(yīng)力系數(shù)ξ'1或ξ'2進(jìn)行修正。具體的,可采用這些構(gòu)造應(yīng)力系數(shù)的平均值,或者設(shè)計權(quán)重系數(shù)來求取最終的構(gòu)造應(yīng)力系數(shù)ξ'1和ξ'2。

最后,在步驟S130中,根據(jù)未受影響區(qū)、應(yīng)力增強區(qū)和應(yīng)力減弱區(qū)的地應(yīng)力建立鹽膏巖地層地應(yīng)力模型。

在該步驟中,采用優(yōu)化的七五模型對的應(yīng)力增強區(qū)的最大水平地應(yīng)力和最小水平地應(yīng)力、應(yīng)力減弱區(qū)的最大水平地應(yīng)力和最小水平地應(yīng)力進(jìn)行優(yōu)化。

七五模型為假設(shè)地層為勻質(zhì)各向同性的線彈性體,并假定在沉積后期地質(zhì)構(gòu)造運動過程中,地層與地層之間不發(fā)生相對位移,所有地層兩水平方向的應(yīng)變均為常數(shù),則最大水平地應(yīng)力σH、最小水平地應(yīng)力σh表示如下:

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<mrow> <msub> <mi>&sigma;</mi> <mi>h</mi> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mn>2</mn> </mfrac> <mo>&lsqb;</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>&xi;</mi> <mn>1</mn> </msub> <msub> <mi>E</mi> <mi>s</mi> </msub> </mrow> <mrow> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <msub> <mi>&upsi;</mi> <mi>s</mi> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>+</mo> <mfrac> <mrow> <mn>2</mn> <msub> <mi>&upsi;</mi> <mi>s</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>&sigma;</mi> <mi>Z</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>&alpha;P</mi> <mi>p</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> <mrow> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <msub> <mi>&upsi;</mi> <mi>s</mi> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>-</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>&xi;</mi> <mn>2</mn> </msub> <msub> <mi>E</mi> <mi>s</mi> </msub> </mrow> <mrow> <mn>1</mn> <mo>+</mo> <msub> <mi>&upsi;</mi> <mi>s</mi> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>&rsqb;</mo> <mo>+</mo> <msub> <mi>&alpha;P</mi> <mi>p</mi> </msub> </mrow>

式中:ξ1,ξ2為該區(qū)域的構(gòu)造應(yīng)力系數(shù),ξ1為最大水平構(gòu)造應(yīng)力系數(shù),ξ2為最小水平構(gòu)造應(yīng)力系數(shù),區(qū)域可為未受影響區(qū)、應(yīng)力增強區(qū)或應(yīng)力減弱區(qū);σz為該區(qū)域的上覆壓力,最大上覆壓力根據(jù)測井資料中的密度測井或者聲波測井的值計算出來;Pp為孔隙壓力,根據(jù)測井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行計算;υs、Es為地層靜態(tài)泊松比和彈性模量,根據(jù)測井資料進(jìn)行計算;α為有效應(yīng)力系數(shù),根據(jù)測井資料進(jìn)行計算。其中,最大水平地應(yīng)力和最小水平地應(yīng)力通過以上的式(1)、(2)、(3)計算得到。

接下來,通過斷裂影響系數(shù)T對七五模型進(jìn)行優(yōu)化得到:

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其中,T為斷裂影響系數(shù)。

具體采用式(8)進(jìn)行計算時,將應(yīng)力增強區(qū)或應(yīng)力減弱區(qū)對應(yīng)的數(shù)值代入式(8)得到:

<mrow> <msub> <msup> <mi>&sigma;</mi> <mo>&prime;</mo> </msup> <mi>H</mi> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mn>2</mn> </mfrac> <mo>&lsqb;</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>T&xi;</mi> <mn>1</mn> </msub> <msub> <msup> <mi>E</mi> <mo>&prime;</mo> </msup> <mi>s</mi> </msub> </mrow> <mrow> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <msub> <msup> <mi>&upsi;</mi> <mo>&prime;</mo> </msup> <mi>s</mi> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>+</mo> <mfrac> <mrow> <mn>2</mn> <msub> <msup> <mi>&upsi;</mi> <mo>&prime;</mo> </msup> <mi>s</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <msup> <mi>&sigma;</mi> <mo>&prime;</mo> </msup> <mi>Z</mi> </msub> <mo>-</mo> <msup> <mi>&alpha;</mi> <mo>&prime;</mo> </msup> <msub> <msup> <mi>P</mi> <mo>&prime;</mo> </msup> <mi>p</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> <mrow> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <msub> <msup> <mi>&upsi;</mi> <mo>&prime;</mo> </msup> <mi>s</mi> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>+</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>T&xi;</mi> <mn>2</mn> </msub> <msub> <msup> <mi>E</mi> <mo>&prime;</mo> </msup> <mi>s</mi> </msub> </mrow> <mrow> <mn>1</mn> <mo>+</mo> <msub> <msup> <mi>&upsi;</mi> <mo>&prime;</mo> </msup> <mi>s</mi> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>&rsqb;</mo> <mo>+</mo> <msup> <mi>&alpha;</mi> <mo>&prime;</mo> </msup> <msub> <msup> <mi>P</mi> <mo>&prime;</mo> </msup> <mi>p</mi> </msub> </mrow>

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其中,σ'H為通過數(shù)值模擬模型計算得到的應(yīng)力增強區(qū)或應(yīng)力減弱區(qū)的最大水平地應(yīng)力,σ'h為通過數(shù)值模擬模型計算得到的應(yīng)力增強區(qū)或應(yīng)力減弱區(qū)的最小水平地應(yīng)力,ξ1為未受影響區(qū)的最大水平構(gòu)造應(yīng)力系數(shù),ξ2為未受影響區(qū)的最小水平構(gòu)造應(yīng)力系數(shù),σ'z為應(yīng)力增強區(qū)或應(yīng)力減弱區(qū)的上覆壓力,P'p為應(yīng)力增強區(qū)或應(yīng)力減弱區(qū)的孔隙壓力,υ's為應(yīng)力增強區(qū)或應(yīng)力減弱區(qū)的地層靜態(tài)泊松比,E's為應(yīng)力增強區(qū)或應(yīng)力減弱區(qū)的彈性模量,α'為應(yīng)力增強區(qū)或應(yīng)力減弱區(qū)的有效應(yīng)力系數(shù),T為應(yīng)力增強區(qū)或應(yīng)力減弱區(qū)的斷裂影響系數(shù)。

對應(yīng)力增強區(qū)的最大水平地應(yīng)力和最小水平地應(yīng)力、應(yīng)力減弱區(qū)的最大水平地應(yīng)力和最小水平地應(yīng)力進(jìn)行優(yōu)化后,接下來,根據(jù)應(yīng)力增強區(qū)和減弱區(qū)的井位地應(yīng)力情況(如該區(qū)具有井位地應(yīng)力)對優(yōu)化后的應(yīng)力增強區(qū)的最大水平地應(yīng)力 和最小水平地應(yīng)力、應(yīng)力減弱區(qū)的最大水平地應(yīng)力和最小水平地應(yīng)力進(jìn)行檢驗及校準(zhǔn)。具體的,采用現(xiàn)場取得的巖心進(jìn)行巖石力學(xué)實驗,進(jìn)行凱塞爾效應(yīng)實驗得到取心點的地應(yīng)力參數(shù)兩組到三組,與計算的結(jié)果進(jìn)行檢驗和校準(zhǔn)。

最后,基于檢驗及校準(zhǔn)后的應(yīng)力增強區(qū)的最大水平地應(yīng)力和最小水平地應(yīng)力、應(yīng)力減弱區(qū)的最大水平地應(yīng)力和最小水平地應(yīng)力運用插值算法建立鹽膏巖地層應(yīng)力模型。

以下通過一個具體的例子來對本發(fā)明的可行性進(jìn)行驗證。如圖2所示為受局部斷裂影響的鹽膏巖地層區(qū)塊具體井位和斷裂展布形態(tài)和幾何形狀示意圖。如圖2所示,影響麥蓋提一區(qū)塊的斷裂主要為瑪南斷裂,5號構(gòu)造帶,主體為兩條平行斷裂,外部為下盤,斷裂之內(nèi)為上盤。

如圖2所示,玉北1井、玉北1-1井、玉北1-2井處于兩條平行斷裂之間,且為斷裂的上盤位置。玉北5井、玉北6井處于平行的斷裂的兩側(cè),且都屬于斷裂的下盤位置。根據(jù)斷裂對局部地應(yīng)力的影響,能夠判斷出玉北5井和玉北6井應(yīng)力情況與玉北1井、玉北1-1井、玉北1-2井的應(yīng)力情況有差值,且差值的大小受斷裂方向與區(qū)域最大主應(yīng)力方向的夾角大小、斷裂兩側(cè)與斷裂之間的巖石強度、斷裂本身的內(nèi)摩擦角大小的影響。

根據(jù)玉北1區(qū)塊的實際情況,玉北5井和玉北6井都出現(xiàn)了不同程度的套管擠毀的情況,說明在局部構(gòu)造影響的條件下,緊鄰瑪南斷裂的兩側(cè)區(qū)域的地應(yīng)力要明顯大于該地區(qū)的正常地應(yīng)力,說明這兩井位于應(yīng)力增強區(qū)域。而玉北1井、玉北1-1井和玉北1-2井所處的兩條斷裂帶內(nèi)部受局部構(gòu)造應(yīng)力的影響,該區(qū)域的地應(yīng)力應(yīng)該低于該地區(qū)正常的地應(yīng)力情況,這三井位于應(yīng)力減弱區(qū)。

玉北4井、玉北8井和玉北9井,距離斷層較遠(yuǎn),地應(yīng)力主要由上覆巖層壓力和區(qū)域構(gòu)造決定,受局部構(gòu)造影響較小,屬于該地區(qū)正常的地應(yīng)力情況,不受局部構(gòu)造影響的井位,位于未受影響區(qū)。

圖2中各井相對斷層幾何形態(tài)的具體位置如表1所示。

玉北7井在瑪南斷裂北側(cè),在一條單線斷裂西北側(cè),總體來說應(yīng)該與玉北5井地應(yīng)力的趨勢一致,但是相對較弱,受局部構(gòu)造影響的結(jié)果是應(yīng)該稍微高于正常地應(yīng)力。玉北3井由于離瑪南主斷裂較遠(yuǎn),并且附近鄰井較少,具體情況還需要繼續(xù)判斷。

表1

接下來,根據(jù)未受影響區(qū)域的井位地應(yīng)力情況,基于式(1)、(2)、(3)計算得到未受影響區(qū)的最小水平地應(yīng)力和最大水平地應(yīng)力。然后基于式(4)計算得到未受影響區(qū)的構(gòu)造應(yīng)力系數(shù)ξ1=0.778和ξ2=0.368,進(jìn)而通過式(5)計算得到區(qū)域邊界應(yīng)力比值通過井位地應(yīng)力情況還可以得到區(qū)域最大水平地應(yīng)力方向為近南北方向(N4°/184°),斷裂走向與最大水平地應(yīng)力夾角約為45°,地應(yīng)力的方向指的是未受影響區(qū)域的地應(yīng)力的方向,也是方位角的形式,根據(jù)成像測井資料讀取的。

基于數(shù)值模擬模型根據(jù)玉北地區(qū)區(qū)域應(yīng)力比Kb值約為1.26,斷層走向與最大水平地應(yīng)力夾角約為45°,根據(jù)圖3a、3b的數(shù)值模擬結(jié)果,根據(jù)實施例區(qū)塊的具體情況,可知斷裂對地應(yīng)力的影響約為區(qū)域地應(yīng)力的25%左右,將該夾角條件下的最大主應(yīng)力差值乘以25%再與未受影響區(qū)的最大水平地應(yīng)力相加即可得到應(yīng)力增強區(qū)的最大水平地應(yīng)力。應(yīng)力增強區(qū)的最小水平地應(yīng)力數(shù)值模型如圖4a、4b的所示,按以上方法得到應(yīng)力增強區(qū)的最小水平地應(yīng)力。將數(shù)值帶入式(4)得到:斷層影響系數(shù)約為0.085;應(yīng)力增強區(qū)構(gòu)造應(yīng)力系數(shù):ξ1=0.844,ξ2=0.399;應(yīng)力減弱區(qū)構(gòu)造應(yīng)力系數(shù):ξ1=0.712,ξ2=0.337。

接下來,基于斷層影響系數(shù)約T,采用優(yōu)化的七五模型式(8-1)對應(yīng)力增強區(qū)的最大水平地應(yīng)力和最小水平地應(yīng)力、應(yīng)力減弱區(qū)的最大水平地應(yīng)力和最小水平地應(yīng)力進(jìn)行優(yōu)化。之后,再經(jīng)檢驗及校準(zhǔn),運用插值算法建立鹽膏巖地層應(yīng)力模型。

根據(jù)本發(fā)明的另一個方面,還提供了一種用于求取受斷裂影響的鹽膏層異常地應(yīng)力的系統(tǒng),包括應(yīng)力區(qū)域劃分模塊、地應(yīng)力計算模塊和地應(yīng)力模型建立模塊。

其中,應(yīng)力區(qū)域劃分模塊,根據(jù)斷裂分布特點和幾何形態(tài)確定鹽膏巖地層的 應(yīng)力增強區(qū)、應(yīng)力減弱區(qū)和未受影響區(qū)。地應(yīng)力計算模塊,根據(jù)未受影響區(qū)域的井位地應(yīng)力確定未受影響區(qū)、應(yīng)力增強區(qū)和應(yīng)力減弱區(qū)的地應(yīng)力。地應(yīng)力模型建立模塊,根據(jù)未受影響區(qū)、應(yīng)力增強區(qū)和應(yīng)力減弱區(qū)的地應(yīng)力建立鹽膏巖地層地應(yīng)力模型。

本發(fā)明采用定性與定量的方式相結(jié)合的方式,提出一套合理的相對準(zhǔn)確的地應(yīng)力數(shù)值求取方法,考慮多種影響因素,綜合運用數(shù)值分析,現(xiàn)場實鉆數(shù)據(jù),對已有計算模型進(jìn)行修正,提高了地應(yīng)力的計算精度。

雖然本發(fā)明所公開的實施方式如上,但所述的內(nèi)容只是為了便于理解本發(fā)明而采用的實施方式,并非用以限定本發(fā)明。任何本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員,在不脫離本發(fā)明所公開的精神和范圍的前提下,可以在實施的形式上及細(xì)節(jié)上作任何的修改與變化,但本發(fā)明的專利保護(hù)范圍,仍須以所附的權(quán)利要求書所界定的范圍為準(zhǔn)。

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