[發明專利]復雜地質條件下區域初始地應力場反演方法及裝置

有效

• 申請號: 201710127410.6
• 申請日: 2017-03-06
• 公開（公告）號: CN106709219B
• 公開（公告）日: 2019-07-05
• 發明（設計）人: 于崇;李海波;劉博
• 申請（專利權）人: 中國科學院武漢巖土力學研究所
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G06Q50/06
• 代理公司: 北京超凡志成知識產權代理事務所(普通合伙) 11371
• 代理人: 鄧超

本發明提供了一種復雜地質條件下區域初始地應力場反演方法及裝置，涉及巖土力學領域，可應用于頁巖氣開采、南水北調等大區域背景下初始應力場反演分析。所述復雜地質條件下區域初始地應力場反演方法包括：確定預設區域內一個或多個小區域模型的優化邊界條件，所述小區域模型與地應力測試點對應；利用所述優化邊界條件，反演所述一個或多個小區域模型的初始地應力值，獲得所有小區域模型的初始地應力場；將各小區域模型的優化邊界條件施加到預設區域內除所述一個或多個小區域外的其它區域對應的區域模型，反演出其它區域模型的初始地應力場。該方法過程簡單，可以彌補現有地應力反演理論中區域地應力反演精度和效率低的不足。

技術領域

本發明涉及巖土力學領域，具體而言，涉及一種復雜地質條件下區域初始地應力場反演方法及裝置。

背景技術

頁巖氣在中國具有良好的勘探前景。并且，中國有著目前已勘探出的除北美之外最大的頁巖氣田。中國正在加快部署對頁巖氣的勘探和開發。

由于頁巖的滲透率極低，頁巖氣儲層需要經過改造才能獲得理想的產量，水力壓裂就是改造頁巖氣儲層的一項增產技術。初始地應力場是水力壓裂設計的關鍵參數，影響壓裂縫的幾何形態、方位和擴展。因此，有必要利用有限的測試數據反演頁巖氣田的初始地應力場。

地應力復雜多變，受多種因素影響，實測值僅能代表地應力測試點區域一定范圍內的地應力特征。地應力反演即據各點的實測值推算預估整個工程區域內的應力場，因此，地應力反演的本質是無限接近真實地應力場的漸進過程。

巖體初始地應力反演從最初的海姆法、側壓力系數法逐步發展完善，目前主要方法有以下四大類：解析函數法，假設初始地應力場服從某種應力函數或位移函數，利用實測應力值計算函數未知函數，使得所得應力與實測值及邊界條件相吻合，解析函數方法操作簡單，應用方便，但對地質構造復雜的巖體，很難得到滿意結果；回歸分析法，定義地應力主值或地應力分量為因變量，建立包含自重應力、構造應力場以及滲流場等因素的回歸方程，通過最小二乘法、神經網路法、遺傳算法等計算回歸系數，回歸分析方法適應于具有較多地應力測試資料的情況；位移反分析法，根據實測的位移資料，結合巖體力學參數，推算地應力的大小和方向，該方法適用于具有施工期位移變形監測資料的工程；邊界調整法，在計算模型邊界施加荷載或位移，利用有限元、有限差分等方法求解模型內應力場，通過不斷改變邊界條件，使已知點的計算應力值或變形破壞方式接近已知條件，該方法可以考慮構造應力和構造運動，適用多種情況的地應力反演，但邊界荷載或邊界位移的調整無規律可循，解的唯一性缺少理論依據，解的收斂性不易判斷。

頁巖氣埋深多達數千米。地應力測試成本高，初始地應力資料有限。綜合比較，邊界調整法可以用于頁巖氣田的地應力反演分析。然而，頁巖氣田多以平方公里來計量面積，可能包含多種地質構造。利用常規的邊界調整法反演頁巖氣田應力場面臨著區域大、地質因素復雜和反演精度低的難題。

發明內容

有鑒于此，本發明實施例提供了一種復雜地質條件下區域初始地應力場反演方法及裝置，可應用于頁巖氣開采、南水北調等大區域背景條件下初始應力場反演分析，通過選取預設區域中的與地應力測試點對應的小區域模型，確定出小區域模型的邊界條件以及初始地應力值，再將小區域模型的優化邊界條件施加到預設區域內除小區域模型以外的其它區域模型，反演得到其它區域模型的初始地應力場。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

一種復雜地質條件下區域初始地應力場反演方法，所述方法包括：確定預設區域內一個或多個小區域模型的優化邊界條件，所述小區域模型與地應力測試點對應；利用所述優化邊界條件，反演所述一個或多個小區域模型的初始地應力值，獲得所有小區域模型的初始地應力場；將各小區域模型的優化邊界條件施加到預設區域內除所述一個或多個小區域外的其它區域對應的區域模型，反演出其它區域模型的初始地應力場。