一种三维水力压裂及微地震事件正演模拟的方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种三维水力压裂及微地震事件正演模拟的方法及系统，方法包括：采集当前地层的地层数据；根据当前地层裂缝的初始破裂位置、当前地层的区域范围设置网格；根据基于压裂缝的流量守恒关系构建基于含压裂缝网格的流量守恒关系；根据基于含压裂缝网格的流量守恒关系确定三维孔隙压力分布；从地层数据中获取网格所在位置的临界压力值；根据三维孔隙压力分布与网格所在位置的临界压力值生成当前地层的微地震分布；根据微地震分布开发当前地层。拓展了常规水力压裂模拟技术，在获得压裂缝信息之外，还能得到整个地层的孔隙压力分布；在水力压裂模拟基础上，融入孔隙压力控制型微地震的正演模拟，更好的表征压裂过程中微地震的变化特征。
【专利说明】一种三维水力压裂及微地震事件正演模拟的方法及系统
【技术领域】
[0001]本发明关于地球物理勘探技术，特别是关于水力压裂及微地震技术，具体的讲是一种三维水力压裂及微地震事件正演模拟的方法及系统。
【背景技术】
[0002]在非常规油气开采过程中，由于地层的渗透率过低，常规油气开采技术无法获得客观产量，往往采用水力压裂的方式来提高采收率。水力压裂技术利用流体传压特性，将流体高压注入地层，使岩石破裂并延伸一定长度，改善地层渗透率以达到提高油气产量的目的。在水力压裂过程中，微地震监测技术是通过观测、分析微地震信息来确定裂缝走向、破裂类型和地下信息，为压裂过程监测、分析的核心技术。因此，构建水力压裂与微地震综合模拟技术对非常规油气勘探开发来说是一项必不可少的关键技术。
[0003]目前水力压裂模拟中，往往忽略压裂缝内流体漏失或仅通过漏失率近似压裂缝向基质的渗流过程，模拟结果只能得到裂缝形态、缝内孔隙压力信息，无法得到压裂过程中周边地层的裂隙、孔隙压力变化。
[0004]在压裂过程中，压裂液从压裂缝中渗流到周围地层中，改变地层的孔隙压力，降低有效应力，会引起岩石破裂和改变地层弹性性质，而传统的水力压裂模拟方法无法获得这些变化信息。微地震模拟研究多集中于常规油气注采、地热开发和应力挤压等过程，往往通过PKN等公式近似压裂过程中的微地震信号变化。公式拟合方法只能够给出整体分布趋势，无法得到精确和微观的微地震变化过程。
[0005]因此，在水力压裂过程中，如何综合模拟压裂缝破裂以及地层孔隙压力变化对微地震事件的分布进行模拟成为水力压裂及微地震研究中急需解决的问题。
【发明内容】
[0006]为了克服现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种三维水力压裂及微地震事件正演模拟的方法及系统，拓展了常规水力压裂模拟技术，在获得压裂缝信息之外，还能够得到整个地层的孔隙压力分布；同时在水力压裂模拟基础上，融入孔隙压力控制型微地震的正演模拟，能够更好的表征压裂过程中微地震的变化特征。
[0007]本发明的目的之一是，提供一种三维水力压裂及微地震事件正演模拟的方法，包括:采集当前地层的地层数据；根据当前地层裂缝的初始破裂位置、当前地层的区域范围设置网格；根据基于压裂缝的流量守恒关系构建基于含压裂缝网格的流量守恒关系；根据基于含压裂缝网格的流量守恒关系确定当前地层的三维孔隙压力分布；从所述的地层数据中获取网格所在位置的临界压力值；根据所述三维孔隙压力分布与网格所在位置的临界压力值生成当前地层的微地震分布；根据所述的微地震分布开发当前地层。
[0008]本发明的目的之一是，提供了一种三维水力压裂及微地震事件正演模拟的系统，包括:地层数据采集装置，用于采集当前地层的地层数据；网格设置装置，用于根据当前地层裂缝的初始破裂位置、当前地层的区域范围设置网格；流量守恒构建装置，用于根据基于压裂缝的流量守恒关系构建基于含压裂缝网格的流量守恒关系；孔隙压力分布确定装置，用于根据基于含压裂缝网格的流量守恒关系确定当前地层的三维孔隙压力分布；临界压力值获取装置，用于从所述的地层数据中获取网格所在位置的临界压力值；微地震分布确定装置，用于根据所述三维孔隙压力分布与网格所在位置的临界压力值生成当前地层的微地震分布；地层开发装置，用于根据所述的微地震分布开发当前地层。
[0009]本发明的有益效果在于，提供了一种三维水力压裂及微地震事件正演模拟的方法及系统，将常规基于压裂缝的流量守恒关系推广至含压裂缝网格，以保证模拟过程中压裂缝与基质网格在尺度上的匹配。同时综合流量守恒、渗流方程，同步模拟压裂缝形态、缝内孔隙压力和基质孔隙压力变化。在孔隙压力模拟的基础上，采用断裂力学模拟压裂缝的破裂，同时基于临界压力理论模拟孔隙压力控制型的微地震事件。该方案与常规水力压裂方法和微地震相比，能够同步模拟压裂缝破裂、缝内孔隙压力变化、基质孔隙压力变化和孔隙压力控制型的微地震事件，获得整个地层的微地震事件和流体压力分布，为进一步的微地震研究和地层参数研究提供基础。
[0010]为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0012]图1为本发明实施例提供的一种三维水力压裂及微地震事件正演模拟的方法的实施方式一的流程图；
[0013]图2为图1中的步骤S104的具体流程图；
[0014]图3为本发明实施例提供的一种三维水力压裂及微地震事件正演模拟的方法的实施方式二的流程图；
[0015]图4为图3中的步骤S313的具体流程图；
[0016]图5为本发明实施例提供的一种三维水力压裂及微地震事件正演模拟的系统的实施方式一的结构框图；
[0017]图6为图5中的孔隙压力分布确定装置400的具体结构框图；
[0018]图7为本发明实施例提供的一种三维水力压裂及微地震事件正演模拟的系统的实施方式二的结构框图；
[0019]图8为本发明提供的一种三维水力压裂及微地震事件正演模拟的系统中微地震分布确定装置600的结构框图；
[0020]图9为IOOs时刻水力压裂缝三维空间分布示意图；
[0021]图10为500s时刻水力压裂缝三维空间分布示意图；
[0022]图11为水力压裂过程中三维孔隙压力分布示意图；
[0023]图12为孔隙压力分布的x_y剖面示意图；
[0024]图13为水力压裂过程中的微地震分布示意图；[0025]图14为微地震事件分布的χ-y剖面示意图。
【具体实施方式】
[0026]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0027]本发明提出的一种三维水力压裂及微地震事件正演模拟的方法，图1为该方法的具体流程图，由图1可知，所述的方法包括:
[0028]SlOl:采集当前地层的地层数据。
[0029]S102:根据当前地层裂缝的初始破裂位置、当前地层的区域范围设置网格。在具体的实施方式中，将裂缝的初始破裂位置设在射孔点上，射孔点可以有多个。根据所述的射孔点、当前地层的区域范围设置网格。
[0030]S103:根据基于压裂缝的流量守恒关系构建基于含压裂缝网格的流量守恒关系。
[0031]由于常规水力压裂过程基于压裂缝构建流量守恒关系，而裂缝宽度较小，在渗流模拟过程中无法与基质网格匹配，不能够进一步用于地层渗流模拟，因此本发明需要基于含压裂缝网格(包含压裂缝的网格单元)构建新的流量守恒关系。基于含压裂缝网格的流量守恒关系为:
[0032]
【权利要求】
1.一种三维水力压裂及微地震事件正演模拟的方法，其特征是，所述的方法具体包括: 采集当前地层的地层数据； 根据当前地层裂缝的初始破裂位置、当前地层的区域范围设置网格； 根据基于压裂缝的流量守恒关系构建基于含压裂缝网格的流量守恒关系； 根据基于含压裂缝网格的流量守恒关系确定当前地层的三维孔隙压力分布； 从所述的地层数据中获取网格所在位置的临界压力值； 根据所述三维孔隙压力分布与网格所在位置的临界压力值生成当前地层的微地震分布； 根据所述的微地震分布开发当前地层。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，基于含压裂缝网格的流量守恒关系为:
3.根据权利要求1所述的方法，其特征是，根据基于含压裂缝网格的流量守恒关系确定当前地层的三维孔隙压力分布具体包括: 根据基于含压裂缝网格的流量守恒关系、流体粘度、注入速率构建含压裂缝网格孔隙压力变化式； 根据所述的含压裂缝网格孔隙压力变化式确定压裂缝里的孔隙压力变化量； 根据压裂缝里的孔隙压力变化量，结合渗流方程模拟当前地层的孔隙压力变化； 根据当前地层的孔隙压力变化构建三维孔隙压力分布。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征是，所述的含压裂缝网格孔隙压力变化式为:
5.根据权利要求1或3所述的方法，其特征是，所述的方法还包括: 从所述的地层数据中获取最大地应力、最小地应力以及岩石临界应力强度因子； 从所述的网格上获取裂缝长度，获取裂缝传播方向与最大地应力的夹角； 根据所述的含压裂缝网格孔隙压力变化式确定孔隙流体压力； 根据所述的最大地应力、最小地应力、孔隙流体压力、裂缝长度以及夹角确定裂缝尖端的应力强度因子； 根据断裂力学理论，判断裂缝尖端的应力强度因子是否小于岩石临界应力强度因子； 当判断为否时，裂缝发生破裂，计算破裂后压裂缝内的平衡流体压力； 根据破裂后压裂缝内的平衡流体压力更新所述的三维孔隙压力分布。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征是，计算破裂后压裂缝内的平衡流体压力通过如下公式进行:
7.根据权利要求5所述的方法，其特征是，根据所述三维孔隙压力分布与网格所在位置的临界压力值产生孔隙压力控制型的微地震事件具体包括: 根据所述的三维孔隙压力分布确定网格对应的孔隙压力值； 依次判断各个网格的孔隙压力值是否大于该位置的临界压力值； 当判断为是时，所述网格所在位置产生孔隙压力控制型的微地震事件； 所述的微地震事件组成微地震分布。
8.—种三维水力压裂及微地震事件正演模拟的系统，其特征是，所述的系统具体包括: 地层数据采集装置，用于采集当前地层的地层数据； 网格设置装置，用于根据当前地层裂缝的初始破裂位置、当前地层的区域范围设置网格； 流量守恒构建装置，用于根据基于压裂缝的流量守恒关系构建基于含压裂缝网格的流量守恒关系； 孔隙压力分布确定装置，用于根据基于含压裂缝网格的流量守恒关系确定当前地层的三维孔隙压力分布； 临界压力值获取装置，用于从所述的地层数据中获取网格所在位置的临界压力值；微地震分布确定装置，用于根据所述三维孔隙压力分布与网格所在位置的临界压力值生成当前地层的微地震分布； 地层开发装置，用于根据所述的微地震分布开发当前地层。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征是，基于含压裂缝网格的流量守恒关系为: dmassf+dmasS1= Δ t.Min
10.根据权利要求8所述的系统，其特征是，所述的孔隙压力分布确定装置具体包括: 压力变化式构建模块，用于根据基于含压裂缝网格的流量守恒关系、流体粘度、注入速率构建含压裂缝网格孔隙压力变化式； 孔隙压力变化量确定模块，用于根据所述的含压裂缝网格孔隙压力变化式确定压裂缝里的孔隙压力变化量； 模拟模块，用于根据压裂缝里的孔隙压力变化量，结合渗流方程模拟当前地层的孔隙压力变化； 三维孔隙压力分布构建模块，用于根据当前地层的孔隙压力变化构建三维孔隙压力分布。
11.根据权利要求10所述的系统，其特征是，所述的含压裂缝网格孔隙压力变化式为
12.根据权利要求8或11所述的系统，其特征是，所述的系统还包括: 岩石临界应力强度因子获取装置，用于从所述的地层数据中获取最大地应力、最小地应力以及岩石临界应力强度因子； 裂缝长度获取装置，用于从所述的网格上获取裂缝长度，获取裂缝传播方向与最大地应力的夹角； 孔隙流体压力确定装置，用于根据所述的含压裂缝网格孔隙压力变化式确定孔隙流体压力； 应力强度因子确定装置，用于根据所述的最大地应力、最小地应力、孔隙流体压力、裂缝长度以及夹角确定裂缝尖端的应力强度因子； 判断装置，用于根据断裂力学理论，判断裂缝尖端的应力强度因子是否小于岩石临界应力强度因子； 平衡流体压力计算装置，用于当所述的判断装置判断为否时，裂缝发生破裂，计算破裂后压裂缝内的平衡流体压力； 三维孔隙压力分布更新装置，用于根据破裂后压裂缝内的平衡流体压力更新所述的三维孔隙压力分布。
13.根据权利要求12所述的系统，其特征是，所述的平衡流体压力计算装置通过如下公式计算破裂后压裂缝内的平衡流体压力:
14.根据权利要求12所述的系统，其特征是，所述的微地震分布确定装置具体包括: 孔隙压力值确定模块，用于根据所述的三维孔隙压力分布确定网格对应的孔隙压力值； 判断模块，用于依次判断各个网格的孔隙压力值是否大于该位置的临界压力值；微地震事件产生模块，用于当所述的判断模块判断为是时，所述网格所在位置产生孔隙压力控制型的微地震事件； 微地震分布组成模块，用于将所述的微地震事件组成微地震分布。
【文档编号】G01V1/28GK103760602SQ201410040187
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2014年1月27日 优先权日:2014年1月27日
【发明者】张晓林, 张峰, 李向阳 申请人:中国石油天然气集团公司, 中国石油大学(北京)