一种预测致密低渗透非均质储层中构造裂缝优势方向及其密度的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及油气地质和数值计算领域，具体涉及一种预测致密低渗透非均质储层 中裂缝优势方向及裂缝密度的方法。
【背景技术】
[0002] 从裂缝形成时期的构造应力场分析入手，利用有限元数值模拟技术，是预测裂缝 分布的一条有效途径。构造应力场的有限元数值模拟是一种成熟的数值计算方法，其关键 是如何在模拟应力场分布以后，预测形成的构造裂缝的方位和密度。目前常用的办法是和 基于均匀介质模型的经典库仑摩尔岩石破裂准则或格里菲斯岩石破裂准则结合起来，分别 判断是否形成了剪破裂或张破裂，并用二元法（即应变能和岩石破裂值)通过取心井裂缝的 拟合来计算和预测裂缝分布。由于低渗透储层构造裂缝主要是剪切裂缝，因此这里主要是 定量预测剪切裂缝。
[0003] 按照均匀介质的经典库仑摩尔岩石破裂准则，当岩石受力达到或超过岩石的抗剪 强度时，如图1所示，会在岩石中形成两组共辄的剪切裂缝，分别位于图1的A点和B点，这样 在岩石中就会形成很规则的呈棋盘格式分布的两组剪切裂缝系统。但实际上，在我国的绝 大多数地质条件下，致密低渗透储层中形成的剪切裂缝系统不是这种呈规则的棋盘格式分 布，而是形成具有优势方向的复杂裂缝系统，即发育某一个或几个优势方向的裂缝系统，其 原因主要与岩石力学的平面非均质性有关。
[0004] 经过大量的岩石力学试验和岩石声发射实验表明，致密低渗透储层的岩石力学性 质在纵向上和横向上都表现为明显的各向异性特征，这种岩石力学性质的各向异性既可以 是由于沉积和强烈的成岩作用造成的，也可以是早期存在的微裂隙造成的。其中，致密低渗 透储层岩石力学性质的横向各向异性是控制不同方向发育程度的关键因素。非均质储层岩 石力学性质各向异性的存在，造成岩石的破裂包络线发生下移，如图2所示，在岩石中产生 裂缝的部位由A点和B点变为C点，此时，产生裂缝的应力条件、裂缝产生的部位和产生的裂 缝方向与A点和B点明显不同。因此，如果按照经典的裂缝发育理论模型预测的裂缝方向和 密度与实际情况会有很大的差异，造成裂缝预测效果很差，满足不了致密低渗透油气储层 实际勘探和开发的需求。
[0005] 裂缝发育的优势方向及不同方向裂缝密度的定量预测一直是一个难点，目前的预 测方法是基于经典的均匀介质破裂理论模型提出的，其预测结果与实际地质情况相差甚 远，满足不了非均质性致密低渗透储层裂缝预测和致密低渗透油田勘探开发的要求。
【发明内容】
[0006] 本发明的第一目的是针对现有技术的缺陷，提出一种基于非均质储层裂缝发育理 论模型的预测致密低渗透非均质储层中构造裂缝优势方向及其密度的方法。
[0007] 现有技术中，基于应力场分析裂缝预测的基础是建立地质模型和力学模型;所述 地质模型和力学模型是按照层建立的，将同一层视为均质体，这种建立方法无法应用于非 均质储层。本发明根据非均质储层的形成机理及主控因素，建立了相控非均质性地质模型 和力学模型，能够更加客观地反映储层的非均质性特征，从而更接近于真实地质情况。
[0008] 本发明根据库仑摩尔岩石破裂准则，结合岩石力学参数的平面非均质性，建立致 密低渗透非均质储层裂缝发育理论模型。在该模型的基础上，本发明提供了一种预测致密 低渗透非均质储层中构造裂缝优势方向的方法，该方法包括以下具体步骤：
[0009] (a)通过高温高压三轴岩石力学实验，获得岩石均质体的内摩擦角φ以及岩石非 均质体的内摩擦角实测值γ ;
[0010] (b)根据公式I计算致密低渗透非均质储层破裂角Θ;
[0011]
[0012] (c)判断待测区域内裂缝形成的地质构造活动期，建立地质、力学以及数学模型， 计算所述地质构造活动期的古应力场，获得最大主应力方位角α;
[0013] (d)将所述最大主应力方位角α和致密低渗透非均质储层破裂角Θ代入公式II中， 获得裂缝发育方位角β，依据所述m直判断裂缝优势方向；
[0014] β = α±θ II。
[0015] 本发明所述高温高压三轴岩石力学实验、地质、力学以及数学模型的建立方法以 及地质构造活动期的确定方法、古应力场、剪应力方位角等参数的确定方法均为本领域的 常规方法，可按照本领域的常规技术进行操作，本发明不做特殊限定。在确定所述岩石非均 质体内摩擦角实测值γ时，应综合考虑早期裂缝和岩石力学性质的平面各向异性。
[0016] 由于在确定地质构造活动期的基础上，待测区域内的每一个点都各自有一个与地 质构造活动期对应的剪应力方向角α值。因此，本发明求得的裂缝优势方向角β为一系列具 体数值;对于某一特定的待测区域而言，各个点的裂缝优势方向角一般在较小的角度范围 内浮动，可以根据该角度范围，结合待测区裂缝实测资料，综合判断待测区域内裂缝整体的 优势方向。
[0017] 在本发明提供的方法中，由于剪应力方向角α与特定的地质构造活动期对应，因 此，该方法判断得到的裂缝优势方向与地质构造活动期一一对应。当待测区域的地质构造 活动期数>1时，可重复以上步骤，分别获得每一个地质构造活动期的裂缝优势方向。
[0018] 本发明的第二目的为定量预测致密低渗透非均质储层中裂缝在单一优势方向上 的密度。
[0019] 本发明提供的裂缝密度预测方法针对单一的裂缝优势方向。当待测区域内有多个 裂缝优势方向时，应分别预测不同优势方向上的裂缝密度。
[0020] 在现有技术中，主要依据应变能和岩石破裂值计算得到裂缝密度，这种方法主要 是反映了裂缝形成外因的影响，而没有反映裂缝形成内因的影响。本发明提出了改进的多 元融合的裂缝密度计算方法，在确定裂缝优势发育方向的基础上，融合影响裂缝形成与分 布的主控因素，所述主控因素包括:能量指数和脆性指数，以及在裂缝优势发育方向上的岩 层间距指数、破裂指数和非均质系数，并通过对成像测井资料、取心井资料以及动态资料的 分析、处理、拟合，确定各主控因素的系数，从而定量预测优势发育方向上裂缝密度。该方法 综合考虑了控制裂缝形成与分布的外因和内因，预测结果具有实际指导意义。
[0021] 具体而言，所述方法包括以下步骤：
[0022] (1)确定待测区域内裂缝形成的地质构造活动期，并在所述区域内选择已知井点， 检测该已知井点在各个地质构造活动期的单因素变量Xi;
[0023] 所述单因素变量为影响裂缝形成与分布的变量，包括:能量指数和脆性指数，以及 在裂缝优势方向上的岩层间距指数、破裂指数和非均质系数；
[0024] (2)将所述单因素变量代入公式III中，得到某地质构造活动期j形成裂缝的密度 预测值氏；
[0025]
[0026] 所述公式III中，Xi代表所述单因素变量，Ai、Bi、Ci代表与所述单因素变量Xi对应的 单因素系数，η代表单因素变量的总个数；
[0027] (3)将各个地质构造活动期形成裂缝的密度预测值比代入公式IV中，即得已知井 点裂缝总密度预测值Ge;
[0028]
[0029] 所述公式IV中，P」代表地质构造活动期j形成裂缝的比例系数，m代表地质构造活 动期的总期数。
[0030] 所述步骤(1)中，各单因素变量均可采用本领域的常规方法进行检测，本发明不做 具体限制。
[0031] 所述步骤(3)中，P」代表地质构造活动期j形成的裂缝所占的比例系数，即在加权 求和中不同时期裂缝密度预测值的加权系数，各个时期的匕值之和为1。