本發(fā)明涉及地質(zhì)勘探技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種地應(yīng)力的確定方法和裝置。

背景技術(shù)：

地應(yīng)力可以是存在于地殼中的應(yīng)力。在漫長的地質(zhì)年代里，由于地質(zhì)構(gòu)造運動等原因使地殼物質(zhì)產(chǎn)生了內(nèi)應(yīng)力效應(yīng)，這種應(yīng)力稱為地應(yīng)力，它是地殼應(yīng)力的統(tǒng)稱。

地應(yīng)力一般可以包括兩部分：1)由覆蓋巖石重量引起的應(yīng)力，它是由引力和地球自轉(zhuǎn)慣性離心力引起的；2)由鄰近地塊或者底部傳遞過來的構(gòu)造應(yīng)力，它除了包括由鄰近地塊或底部地塊傳來的構(gòu)造應(yīng)力之外，還包括由于過去的構(gòu)造運動殘留下來尚未完全松弛掉的應(yīng)力，以及附近人為工程(例如隧洞、開采面)所引起的應(yīng)力變化。在地應(yīng)力強烈的地區(qū)開挖隧洞，由于洞壁變?yōu)樽杂杀砻鏁r容易變形，最終導(dǎo)致洞體逐漸縮小或造成坍塌，因此研究地應(yīng)力具有重要的意義。

一般情況下，可以基于線彈性理論，采用組合彈簧模式計算地應(yīng)力。即，利用測井信息，根據(jù)地應(yīng)力場分布規(guī)律和對影響地應(yīng)力場的諸多因素的分析，建立地應(yīng)力計算的半經(jīng)驗公式模型。根據(jù)模型中確定的各個參數(shù)，計算儲層的應(yīng)力數(shù)據(jù)。

然而，對于黏土和干酪根含量較高、黏彈性較強的儲層而言，采用上述基于線彈性模型的方法計算得到的地應(yīng)力數(shù)據(jù)精度不高，具體體現(xiàn)在計算得到的水平主應(yīng)力差值較大。

針對上述問題，目前尚未提出有效的解決方案。

應(yīng)該注意，上面對技術(shù)背景的介紹只是為了方便對本申請的技術(shù)方案進行清楚、完整的說明，并方便本領(lǐng)域技術(shù)人員的理解而闡述的。不能僅僅因為這些方案在本申請的背景技術(shù)部分進行了闡述而認為上述技術(shù)方案為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明實施例提供了一種地應(yīng)力的確定方法和裝置，以達到提高儲層地應(yīng)力數(shù)據(jù)計算精度的目的。

本發(fā)明實施例提供了一種地應(yīng)力的確定方法，包括：獲取待測儲層的冪律變量；確定所述待測儲層的蠕變時間；根據(jù)所述冪律變量和所述蠕變時間，確定所述待測儲層的主應(yīng)力差值。

在一個實施例中，所述冪律變量包括：基礎(chǔ)冪律變量和優(yōu)化冪律變量。

在一個實施例中，按照以下公式確定所述待測儲層的主應(yīng)力差值：

其中，σ(t)表示所述待測儲層的主應(yīng)力差值，表示所述待測儲層的蠕變率，B表示所述待測儲層的基礎(chǔ)冪律變量，n表示所述待測儲層的優(yōu)化冪律變量，t表示所述待測儲層的蠕變時間。

在一個實施例中，確定所述待測儲層的蠕變時間，包括：根據(jù)所述待測儲層的儲層特征確定所述待測儲層的蠕變時間，其中，所述儲層特征包括以下至少之一：形成時間、埋藏歷史、和地形走勢。

在一個實施例中，獲取待測儲層的冪律變量，包括：獲取待測儲層在預(yù)設(shè)載荷下的蠕變響應(yīng)；根據(jù)所述蠕變響應(yīng)擬合得到所述冪律變量。

在一個實施例中，根據(jù)所述蠕變響應(yīng)按照以下公式擬合得到所述冪律變量：

log(J(t))＝log(B)+n log(t)

其中，J(t)表示所述待測儲層的蠕變響應(yīng)，B表示所述待測儲層的基礎(chǔ)冪律變量，n表示所述待測儲層的優(yōu)化冪律變量，t表示所述待測儲層的蠕變時間。

在一個實施例中，所述待測儲層包括：頁巖儲層和/或烴源巖儲層。

本發(fā)明實施例還提供了一種地應(yīng)力的確定裝置，包括：冪律變量獲取模塊，用于獲取待測儲層的冪律變量；蠕變時間確定模塊，用于確定所述待測儲層的蠕變時間；主應(yīng)力差值確定模塊，用于根據(jù)所述冪律變量和所述蠕變時間，確定所述待測儲層的主應(yīng)力差值。

在一個實施例中，所述冪律變量包括：基礎(chǔ)冪律變量和優(yōu)化冪律變量。

在一個實施例中，所述主應(yīng)力差值確定模塊具體用于按照以下公式確定所述待測儲層的主應(yīng)力差值：

其中，σ(t)表示所述待測儲層的主應(yīng)力差值，表示所述待測儲層的蠕變率，B表示所述待測儲層的基礎(chǔ)冪律變量，n表示所述待測儲層的優(yōu)化冪律變量，t表示所述待測儲層的蠕變時間。

在本發(fā)明實施例中，利用可以反映待測儲層黏彈性的冪律變量以及可以反映整個地質(zhì)歷史時期累加的蠕變時間來計算所述待測儲層的主應(yīng)力差值，和僅基于線彈性理論計算的主應(yīng)力差值相比，得到的主應(yīng)力差值的精度有了較大提高，為壓裂、鉆井、出砂、斷層滑移、注水和井網(wǎng)優(yōu)化布局等油氣田開發(fā)和工程施工提供技術(shù)支撐。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，并不構(gòu)成對本發(fā)明的限定。在附圖中：

圖1是本發(fā)明實施例的一種地應(yīng)力的確定方法的流程圖；

圖2是本發(fā)明實施例的水平實驗樣品加載荷的曲線示意圖；

圖3是本發(fā)明實施例的蠕變曲線示意圖；

圖4是本發(fā)明實施例的雙對數(shù)蠕變曲線示意圖；

圖5是本發(fā)明實施例的一種地應(yīng)力的確定裝置的一種結(jié)構(gòu)框圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，下面結(jié)合實施方式和附圖，對本發(fā)明做進一步詳細說明。在此，本發(fā)明的示意性實施方式及其說明用于解釋本發(fā)明，但并不作為對本發(fā)明的限定。

考慮到采用線彈性理論計算得到的待測儲層的主應(yīng)力差值精度不高，發(fā)明人提出了利用可以體現(xiàn)待測儲層黏彈性的冪律變量和蠕變時間，來計算所述待測儲層的主應(yīng)力差值。具體的，本發(fā)明實施例提出了一種地應(yīng)力的確定方法，如圖1所示，可以包括以下步驟：

步驟101：獲取待測儲層的冪律變量；

其中，所述冪律變量可以包括：基礎(chǔ)冪律變量和優(yōu)化冪律變量。

在本實施例中，所述待測儲層可以是從具有多個地層深度的地層中隨機選取的一個地層深度所對應(yīng)的地層。例如，某個地層的最大地層深度為10m，從地面到該最大地層深度可以分為0-2m、2-4m、4-6m、6-8m和8-10m。可以選取6-8m地層深度處的地層作為待測儲層。

在本實施例中，可以采用蠕變實驗獲取冪律變量。蠕變特性可以指的是：對于恒定的應(yīng)力，其應(yīng)變隨時間不斷增大的性質(zhì)。即：可以對待測儲層施加恒定的載荷，使其應(yīng)力保持恒定。

可以通過蠕變實驗測定上述冪律變量，在通過蠕變實驗測定上述冪律變量的過程中，可以基于如下的冪律模型實現(xiàn)：

J(t)＝Btⁿ

在確定了上述冪律模型之后，可以通過兩邊取log的方式，得到如下的冪律變量計算公式：

log(J(t))＝log(B)+n log(t)

其中，J(t)表示所述待測儲層的蠕變響應(yīng)，B表示所述待測儲層的基礎(chǔ)冪律變量，n表示所述待測儲層的優(yōu)化冪律變量，t表示所述待測儲層的蠕變時間。

由上述冪律參數(shù)計算公式可以看出，如果希望得到冪律變量，需要先求取待測儲層在預(yù)設(shè)載荷壓力下不同時刻的蠕變響應(yīng)J(t)，然后，基于蠕變響應(yīng)繪制雙對數(shù)蠕變曲線，根據(jù)所述雙對數(shù)蠕變曲線和縱坐標(biāo)以及橫坐標(biāo)的交點，即：所述雙對數(shù)蠕變曲線的截距和斜率確定所述冪律變量。具體的，可以根據(jù)所述雙對數(shù)蠕變曲線的截距來得到所述待測儲層的基礎(chǔ)冪律變量，可以根據(jù)所述雙對數(shù)蠕變曲線的斜率得到所述待測儲層的優(yōu)化冪律變量。

步驟102：確定所述待測儲層的蠕變時間；

具體的，可以根據(jù)所述待測儲層的儲層特征確定所述待測儲層的蠕變時間，其中，所述儲層特征包括以下至少之一：形成時間、埋藏歷史、和地形走勢。然而值得注意的是，也可以采用其他儲層特征確定所述待測儲層的蠕變時間，本申請不作限定。

步驟103：根據(jù)所述冪律變量和所述蠕變時間，確定所述待測儲層的主應(yīng)力差值。

應(yīng)力可以是物體由于外因(受力、濕度、溫度場變化等)而變形時，在物體內(nèi)各部分之間產(chǎn)生相互作用的內(nèi)力，以抵抗這種外因的作用，并試圖使物體從變形后的位置恢復(fù)到變形前的位置。

物體中某個點在所有可能方向上的應(yīng)力稱為該點的應(yīng)力狀態(tài)。然而，經(jīng)過該點可以繪制無數(shù)個平面，可以利用經(jīng)過該點的任意一組相互垂直的三個平面上的應(yīng)力代表該點的應(yīng)力狀態(tài)，而經(jīng)過該點的其它截面上的應(yīng)力都可以通過這三組應(yīng)力以及這三組應(yīng)力與待考察截面之間的方位關(guān)系來表示。其中，在待考察截面某個點單位面積上的內(nèi)力稱為應(yīng)力；和待考察截面相垂直的應(yīng)力稱為正應(yīng)力或法向應(yīng)力；和待考察截面同截面相切的應(yīng)力稱為剪應(yīng)力或切應(yīng)力。如果作用在待考察截面上的全應(yīng)力和待考察截面垂直，即該截面上只有正應(yīng)力，切應(yīng)力為零，則這一截面稱為主平面，其法線方向稱為應(yīng)力主方向或應(yīng)力主軸，其上的應(yīng)力稱為主應(yīng)力。

具體的，可以按照以下公式確定所述待測儲層的主應(yīng)力差值：

其中，σ(t)表示所述待測儲層的主應(yīng)力差值，表示所述待測儲層的蠕變率，B表示所述待測儲層的基礎(chǔ)冪律變量，n表示所述待測儲層的優(yōu)化冪律變量，t表示所述待測儲層的蠕變時間。

進一步的，在所述待測儲層為水平儲層的情況下，根據(jù)所述冪律變量和所述蠕變時間，確定所述待測儲層的主應(yīng)力差值，即為：根據(jù)所述冪律變量和所述蠕變時間，確定所述待測儲層的水平主應(yīng)力差值。當(dāng)所述待測儲層為水平儲層時，水平方向上有兩個主應(yīng)力：水平最大主應(yīng)力和水平最小主應(yīng)力。水平主應(yīng)力差值可以指的是水平最大主應(yīng)力和水平最小主應(yīng)力的差值。

對于黏土和干酪根的含量較高的頁巖儲層和/或烴源巖儲層而言，它們的黏彈性較強，因而，可以采用本申請所提出的方法確定主應(yīng)力差值。

以測定某實驗樣品的水平主應(yīng)力差值為例說明如下：

在本例中，從鉆井全直徑巖心中制備標(biāo)準水平實驗樣品(25mm×50mm)，為該水平實驗樣品加載荷，如圖2所示是為該水平實驗樣品加載荷的曲線示意圖，在加完載荷之后，為該水平實驗樣品加載圍壓至預(yù)設(shè)圍壓，并保持圍壓不變，然后再加載軸壓，并保持圍壓和軸壓都不變，記錄在此條件下的蠕變響應(yīng)，如圖3所示，為得到的蠕變響應(yīng)示意圖，在確定了蠕變響應(yīng)之后，就可以求取得到基礎(chǔ)冪律變量B和優(yōu)化冪律變量n值。

由上述內(nèi)容可知，在確定了蠕變響應(yīng)J(t)之后，需要對其取對數(shù)才可以求取得到基礎(chǔ)冪律變量B和優(yōu)化冪律變量n值，如圖4為對圖3的蠕變曲線取對數(shù)后得到的雙對數(shù)蠕變曲線，對圖4的雙對數(shù)曲線進行線性擬合，可知：B＝10^-10.624,n＝0.029。

在本例中，實驗樣品屬于志留系的龍馬溪烴源巖，所述實驗樣品在志留系烴源巖成烴演化時期內(nèi)和蠕變時間相關(guān)的地形走勢為平緩向下的情況，根據(jù)實驗樣品的上述特征，可以確定所述實驗樣品的蠕變時間為t＝170Ma。

相應(yīng)的，可以根據(jù)應(yīng)力多邊形理論和地殼板塊運動應(yīng)變率，綜合確定所述實驗樣品所在儲層的地層蠕變率為10^-19s^-1。

進一步的，根據(jù)主應(yīng)力差值計算公式，可以計算得到所述實驗樣品的水平主應(yīng)力差值為8.3MPa。

基于同一發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明實施例中還提供了一種地應(yīng)力的確定裝置，如下面的實施例所述。由于地應(yīng)力的確定裝置解決問題的原理與地應(yīng)力的確定方法相似，因此地應(yīng)力的確定裝置的實施可以參見地應(yīng)力的確定方法的實施，重復(fù)之處不再贅述。以下所使用的，術(shù)語“單元”或者“模塊”可以實現(xiàn)預(yù)定功能的軟件和/或硬件的組合。盡管以下實施例所描述的裝置較佳地以軟件來實現(xiàn)，但是硬件，或者軟件和硬件的組合的實現(xiàn)也是可能并被構(gòu)想的。圖5是本發(fā)明實施例的地應(yīng)力的確定裝置的一種結(jié)構(gòu)框圖，如圖5所示，可以包括：冪律變量獲取模塊501、蠕變時間確定模塊502、主應(yīng)力差值確定模塊503，下面對該結(jié)構(gòu)進行說明。

冪律變量獲取模塊501，可以用于獲取待測儲層的冪律變量；

蠕變時間確定模塊502，可以用于確定所述待測儲層的蠕變時間；

主應(yīng)力差值確定模塊503，可以用于根據(jù)所述冪律變量和所述蠕變時間，確定所述待測儲層的主應(yīng)力差值。

在一個實施例中，所述冪律變量可以包括：基礎(chǔ)冪律變量和優(yōu)化冪律變量。

在一個實施例中，所述主應(yīng)力差值確定模塊具體可以用于按照以下公式確定所述待測儲層的主應(yīng)力差值：

其中，σ(t)表示所述待測儲層的主應(yīng)力差值，表示所述待測儲層的蠕變率，B表示所述待測儲層的基礎(chǔ)冪律變量，n表示所述待測儲層的優(yōu)化冪律變量，t表示所述待測儲層的蠕變時間。

在一個實施例中，蠕變時間確定模塊可以包括：根據(jù)所述待測儲層的儲層特征確定所述待測儲層的蠕變時間，其中，所述儲層特征包括以下至少之一：形成時間、埋藏歷史、和地形走勢。

在一個實施例中，所述冪律變量獲取模塊可以包括：獲取單元，可以用于獲取待測儲層在預(yù)設(shè)載荷下的蠕變響應(yīng)；擬合單元，可以根據(jù)所述蠕變響應(yīng)擬合得到所述冪律變量。

在一個實施例中，所述擬合單元具體可以用于根據(jù)所述蠕變響應(yīng)按照以下公式擬合得到所述冪律變量：

log(J(t))＝log(B)+n log(t)

其中，J(t)表示所述待測儲層的蠕變響應(yīng)，B表示所述待測儲層的基礎(chǔ)冪律變量，n表示所述待測儲層的優(yōu)化冪律變量，t表示所述待測儲層的蠕變時間。

在一個實施例中，所述待測儲層可以包括：頁巖儲層和/或烴源巖儲層。

從以上的描述中，可以看出，本發(fā)明實施例實現(xiàn)了如下技術(shù)效果：利用可以反映待測儲層黏彈性的冪律變量以及可以反映整個地質(zhì)歷史時期累加的蠕變時間來計算所述待測儲層的主應(yīng)力差值，和僅基于線彈性理論計算的主應(yīng)力差值相比，得到的主應(yīng)力差值的精度有了較大提高，為壓裂、鉆井、出砂、斷層滑移、注水和井網(wǎng)優(yōu)化布局等油氣田開發(fā)和工程施工提供技術(shù)支撐。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明白，上述的本發(fā)明實施例的各模塊或各步驟可以用通用的計算裝置來實現(xiàn)，它們可以集中在單個的計算裝置上，或者分布在多個計算裝置所組成的網(wǎng)絡(luò)上，可選地，它們可以用計算裝置可執(zhí)行的程序代碼來實現(xiàn)，從而，可以將它們存儲在存儲裝置中由計算裝置來執(zhí)行，并且在某些情況下，可以以不同于此處的順序執(zhí)行所示出或描述的步驟，或者將它們分別制作成各個集成電路模塊，或者將它們中的多個模塊或步驟制作成單個集成電路模塊來實現(xiàn)。這樣，本發(fā)明實施例不限制于任何特定的硬件和軟件結(jié)合。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明實施例可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。