[發(fā)明專利]一種深層復(fù)雜構(gòu)造頁巖非均勻應(yīng)力場分布的計算方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011410977.2
• 申請日: 2020-12-03
• 公開（公告）號: CN112502700B
• 公開（公告）日: 2022-03-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 任嵐;王潘;林然;趙金洲;吳建發(fā);宋毅
• 申請（專利權(quán)）人: 西南石油大學(xué)
• 主分類號: E21B49/00
• 分類號: E21B49/00;G06F17/10;G06F17/16;G06F17/15;G06Q50/02
• 代理公司: 北京中索知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11640
• 代理人: 唐亭

本發(fā)明公開一種深層復(fù)雜構(gòu)造頁巖非均勻應(yīng)力場分布的計算方法，包括：建立三維坐標(biāo)系并設(shè)定水力裂縫群、巖石斷層以及地層參數(shù)；建立水力裂縫離散單元局部坐標(biāo)系，并構(gòu)造同類矩陣；確定水力裂縫局部離散單元坐標(biāo)、巖石斷層局部離散單元坐標(biāo)；建立綜合應(yīng)力平衡方程組；將綜合應(yīng)力平衡方程組結(jié)合縫高修正方程與應(yīng)力邊界條件，聯(lián)立求解，得到局部裂縫離散單元的法向位移、切向位移；結(jié)合原地應(yīng)力場與計算出的誘導(dǎo)應(yīng)力進行線性疊加得到深層復(fù)雜構(gòu)造頁巖非均勻應(yīng)力場的應(yīng)力分布，并繪制應(yīng)力分布云圖。本發(fā)明提出的方法創(chuàng)新性的解決了斷層與水力裂縫群共同作用下的深層復(fù)雜構(gòu)造下頁巖非均勻應(yīng)力場分布計算問題，能夠有效地為深層復(fù)雜構(gòu)造頁巖非均勻應(yīng)力場下壓裂設(shè)計提供更多指導(dǎo)方案和思路。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于非常規(guī)油氣增產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種深層復(fù)雜構(gòu)造頁巖非均勻應(yīng)力場分布的計算方法。

背景技術(shù)

頁巖氣是一種低滲透非常規(guī)儲層，通過水平井分段多簇壓裂是實現(xiàn)頁巖氣儲層高效開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)之一。頁巖氣水平井技術(shù)與壓裂改造都需要準(zhǔn)確了解儲層地應(yīng)力場；在壓裂改造過程中，儲層地應(yīng)力場決定了裂縫的走向，對壓裂增產(chǎn)效果有著明顯的影響。因此，準(zhǔn)確預(yù)測計算頁巖儲層地應(yīng)力場對頁巖氣開發(fā)具有重要的意義。

在實際工程中，頁巖氣儲層的地質(zhì)條件復(fù)雜并且具有較強的非均質(zhì)性和各向異性，并且深層頁巖儲層中存在復(fù)雜構(gòu)造如大斷層或者在已壓裂老井的水力裂縫周圍時，對于新壓裂的水力裂縫群的應(yīng)力場具有較大的應(yīng)力影響。此時，由巖石斷層和已壓裂老井的水力裂縫群將產(chǎn)生非均勻的誘導(dǎo)應(yīng)力場。在新井水力裂縫壓裂前需要對深層復(fù)雜構(gòu)造下的頁巖非均勻應(yīng)力場的應(yīng)力分布進行計算，這對深層復(fù)雜構(gòu)造下的頁巖裂縫壓裂設(shè)計具有重要指導(dǎo)意義。因為存在巖石斷層和已壓裂老井的水力裂縫群，使儲層應(yīng)力場呈現(xiàn)非均勻狀態(tài)并且水力裂縫應(yīng)力狀態(tài)更復(fù)雜，其中斷層種類對應(yīng)力場應(yīng)力分布也會呈現(xiàn)不同狀態(tài)。并且在目前頁巖應(yīng)力場的計算中，基于考慮儲層為均質(zhì)，建立均質(zhì)儲層應(yīng)力場物理模型，但這樣會大大降低實際工程中壓裂增產(chǎn)效果。所以，需要一種理論方法合理計算深層復(fù)雜構(gòu)造頁巖非均勻應(yīng)力場的應(yīng)力分布情況，為深層復(fù)雜構(gòu)造下頁巖裂縫壓裂設(shè)計提供重要依據(jù)，而現(xiàn)有技術(shù)中，目前尚未有一套計算方法，在考慮深層頁巖復(fù)雜構(gòu)造下頁巖非均勻應(yīng)力場的應(yīng)力分布的計算。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明主要是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點，本發(fā)明提供一種深層復(fù)雜構(gòu)造頁巖非均勻應(yīng)力場分布的計算方法。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題，所提供的技術(shù)方案是：一種深層復(fù)雜構(gòu)造頁巖非均勻應(yīng)力場分布的計算方法，包括：

建立三維坐標(biāo)系并設(shè)定水力裂縫群、巖石斷層以及地層參數(shù)，建立深層復(fù)雜構(gòu)造頁巖物理模型；

分別將水力裂縫群、巖石斷層離散成水力裂縫離散單元與巖石斷層離散單元，再建立水力裂縫離散單元局部坐標(biāo)系，并構(gòu)造同類矩陣，獲得水力裂縫離散單元坐標(biāo)、巖石斷層離散單元坐標(biāo)；

根據(jù)水力裂縫離散單元坐標(biāo)、巖石斷層離散單元坐標(biāo)以及全局與局部坐標(biāo)關(guān)系式，確定水力裂縫局部離散單元坐標(biāo)、巖石斷層局部離散單元坐標(biāo)；

根據(jù)水力裂縫局部離散單元坐標(biāo)、巖石斷層局部離散單元坐標(biāo)以及DDM建立綜合應(yīng)力平衡方程組；

將綜合應(yīng)力平衡方程組結(jié)合縫高修正方程與應(yīng)力邊界條件，聯(lián)立求解，得到局部裂縫離散單元的法向位移、切向位移；

將局部裂縫離散單元的法向位移、切向位移進行求和，結(jié)合原地應(yīng)力場與計算出的誘導(dǎo)應(yīng)力進行線性疊加得到深層復(fù)雜構(gòu)造頁巖非均勻應(yīng)力場的應(yīng)力分布，并繪制應(yīng)力分布云圖。

進一步的技術(shù)方案是，建立水力裂縫離散單元局部坐標(biāo)系包括：將水力裂縫群離散成N個單元，每段長度2a_i，分別以每段中心為原點建立水力裂縫離散單元局部坐標(biāo)系。

進一步的技術(shù)方案是，全局與局部坐標(biāo)關(guān)系式如下：