[發明專利]一種頁巖儲層地應力預測建模系統

有效

• 申請號: 201611072628.8
• 申請日: 2016-11-29
• 公開（公告）號: CN106772673B
• 公開（公告）日: 2018-11-13
• 發明（設計）人: 李相臣
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: G01V11/00
• 分類號: G01V11/00
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 夏艷

1.一種頁巖儲層地應力預測建模系統，包括單片機控制器和綜合數據采集器，其特征在于，所述單片機控制器分別與綜合數據采集器、數據處理器、RAM存儲器、ROM存儲器、數據庫、計時器和無線射頻收發器電性連接；

所述單片機控制器的輸入端與供電電源的輸出端電性連接，所述單片機控制器的輸出端與應力模擬器的輸入端電性連接；

所述綜合數據采集器的輸入端分別與第一數據采集器、第二數據采集器、第三數據采集器和第四數據采集器的輸出端電性連接；

所述無線射頻收發器通過GPRS網絡與外部設備連接，所述第一數據采集器的輸入端與距離傳感器的輸出端電性連接；

所述第二數據采集器的輸入端與孔隙壓力傳感器的輸出端電性連接，所述第三數據采集器的輸入端與應力傳感器的輸出端電性連接；

所述第四數據采集器的輸入端與應變式傳感器的輸出端電性連接；

所述距離傳感器、孔隙壓力傳感器、應力傳感器和應變式傳感器均至少為一個，所述單片機控制器的輸入端與GPS定位器的輸出端電性連接；

所述頁巖儲層地應力預測建模系統的頁巖儲層地應力預測建模方法包括：

步驟一、測量油氣藏的巖石力學參數，統計所述油氣藏的巖體力學性質影響參數；

步驟二、將頁巖試件放在抽真空飽和裝置中，利用飽和液體進行飽和；

步驟三、在所述頁巖試件上安裝軸向變形傳感器和徑向變形傳感器，并將所述頁巖試件放入巖石三軸試驗機的三軸室內，對所述頁巖試件施加與所述頁巖試件所處地層深度相對應的圍壓；

步驟四、按照多個溫度值由高到低的順序，依次將高壓腔內的溫度降低到多個溫度值下，按照預設加載速率對頁巖試件加載軸壓，得到頁巖試件在各溫度值下的力學參數；

步驟五、通過測井復雜巖性分析程序進行測井解釋，獲得礦物體積、巖石孔隙度、流體飽和度、干酪根體積，進而求得礦物在巖石中的體積分數，所述礦物包括粘土、石英、方解石；使用交會分析獲得每個礦物的彈性模量和密度，使用已知的經驗值作為孔隙中流體的彈性模量和密度，所述彈性模量指體積模量、剪切模量；

步驟六、取2倍洞徑以外典型的原巖巖餅至少3塊，要求各巖餅的孔深相差在1m以內，巖餅形態類似，記錄每個巖餅發生處的埋深和孔深；

步驟七、確定每個巖餅三個主應力的方向，做巖石的巴西圓盤劈裂試驗，確定每個巖餅的巖石抗拉強度St，確定每個巖餅三個主應力的大小；

步驟八、從陣列聲波測井的波形資料中提取縱波時差Δt_c和橫波時差Δt_s；

步驟九、根據縱波時差Δt_c和橫波時差Δt_s，結合陣列聲波測井資料中的密度ρ，計算動態楊氏模量Ed和動態泊松比PRd；

步驟十、統計所述油氣藏巖體力學性質影響參數，包括內部影響參數和外部影響參數，內部影響參數包括巖石成分特征參數，巖石結構特征參數，巖石構造特征參數以及巖石孔隙裂縫特征參數，外部影響參數包括溫度特征參數，圍壓特征參數，孔隙流體特征參數以及孔隙壓力特征參數；

步驟十一、根據巖石力學參數采集的數據以及統計的巖體力學性質影響參數建立油氣藏的頁巖儲層地應力物理模型；

巖體力學性質影響參數包括內部影響參數和外部影響參數；所述內部影響參數包括巖石成分特征參數，巖石結構特征參數，巖石構造特征參數以及巖石孔隙裂縫特征參數；所述外部影響參數包括溫度特征參數，圍壓特征參數，孔隙流體特征參數以及孔隙壓力特征參數；

按照如下公式計算巖石摩擦系數：

其中，σ1為殘余強度；

σ2為圍壓；

p₀為孔隙壓力；

σ為裂縫面上的正應力；

τ為裂縫面上的剪應力；

β為裂縫面和端面的夾角；

μ′為巖石摩擦系數；

巖石力學參數包括巖石彈性參數，所述巖石彈性參數包括楊氏模量、泊松比和Biot系數，所述Biot系數用于表征孔隙彈性參數；所述巖石力學參數的各向異性強度包括楊氏模量各向異性強度、泊松比各向異性強度和Biot系數各向異性強度；

所述巖石力學參數的各向異性強度通過如下公式計算獲得：

其中，E_k為楊氏模量各向異性強度；E_h為水平方向楊氏模量；E_v為垂直方向楊氏模量；μ_k為泊松比各向異性強度；μ_h為水平方向泊松比；μ_v為垂直方向泊松比；

計算動態楊氏模量Ed，按照如下公式進行計算：

式中：

Ed—動態楊氏模量，

Δt_s—橫波時差，

Δt_c—縱波時差，

ρ—密度。